Mówienie czasu nie jest tak proste jak większość ludzi myśli. Właściwie to samo pytanie: "jaki jest czas?" jest pytaniem, na które nawet współczesna nauka nie potrafi odpowiedzieć. Czas, według Einsteina, jest względny; przechodzą zmiany dla różnych obserwatorów, na które wpływ mają takie rzeczy jak prędkość i grawitacja.

Nawet kiedy wszyscy żyjemy na tej samej planecie i doświadczamy upływu czasu w podobny sposób, mówienie czasu może być coraz trudniejsze. Nasza oryginalna metoda wykorzystania obrotu Ziemi została odkryta jako niedokładna, ponieważ grawitacja Księżyca powoduje, że niektóre dni są dłuższe niż 24 godziny, a kilka jest krótsze. W rzeczywistości, kiedy wczesne dinozaury włóczyły się po Ziemi, dzień trwał tylko 22!

Chociaż mechaniczne i elektroniczne zegary zapewniły nam pewną dokładność, nasze nowoczesne technologie wymagały znacznie dokładniejszych pomiarów czasu. GPS, handel internetowy i kontrola ruchu lotniczego to tylko trzy branże podzielone na dwie części, co jest niezwykle ważne.

Jak więc śledzić czas? Korzystanie z obrotu Ziemi okazało się niewiarygodne, podczas gdy oscylatory elektryczne (zegary kwarcowe) i zegary mechaniczne są dokładne tylko do sekundy lub dwóch na dzień. Niestety dla wielu naszych technologii druga niedokładność może być o wiele za długa. W nawigacji satelitarnej światło może przemieścić 300,000 km w niewiele ponad sekundę, sprawiając, że przeciętna jednostka nawigacji satelitarnej staje się bezużyteczna, jeśli wystąpi jedna sekunda niedokładności.

Rozwiązaniem znalezienia dokładnej metody pomiaru czasu było zbadanie bardzo małej - mechaniki kwantowej. Mechanika kwantowa to badanie atomu i jego właściwości oraz ich wzajemnego oddziaływania. Odkryto, że elektrony, maleńkie cząsteczki, które krążą wokół atomów, zmieniły ścieżkę, którą krążą wokół niej, i uwolniły precyzyjną ilość energii, kiedy to robią.

W przypadku atomu cezu występuje to prawie dziewięć miliardów razy na sekundę i ta liczba nigdy się nie zmienia, a zatem może być stosowana jako wyjątkowo niezawodna metoda śledzenia czasu. Atomy cezu używają zegarów atomowych din, a w rzeczywistości drugi jest teraz definiowany jako ponad 9 miliarda cykli promieniowania atomu cezu.

Zegary atomowe są podstawą wielu naszych technologii. Cała gospodarka globalna polega na nich z czasem przekazanym przez Serwery czasu NTP w sieciach komputerowych lub wysyłane przez satelitarne satelity GPS; zapewnienie, że cały świat zachowuje ten sam, dokładny i stabilny czas.

Oficjalny globalny harmonogram czasu koordynowanego (UTC) został opracowany dzięki zegarom atomowym, umożliwiając całemu światu pracę w tym samym czasie w ciągu kilku tysięcznych sekundy od siebie.

A Serwer czasu to powszechne narzędzie biurowe, ale po co to jest?

Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do innego czasu niż reszta świata. Kiedy Ameryka się budzi, Honk Kong idzie spać, dlatego świat dzieli się na strefy czasowe. Nawet w tej samej strefie czasowej wciąż mogą występować różnice. W Europie kontynentalnej na przykład większość krajów znajduje się godzinę przed Wielką Brytanią ze względu na sezonowe zmiany w Wielkiej Brytanii.

Jednakże, jeśli chodzi o globalną komunikację, posiadanie różnych czasów na całym świecie może powodować problemy, szczególnie jeśli musisz przeprowadzać wrażliwe na czas transakcje, takie jak kupowanie lub sprzedawanie akcji.

W tym celu na wczesnych 1970-ach było jasne, że potrzebna jest globalna skala czasowa. Został wprowadzony na 1 January 1972 i został wywołany UTC - Skoordynowany czas uniwersalny. UTC jest utrzymywane przez zegar atomowy, ale opiera się na Greenwich Meantime (GMT - często nazywany UT1), który sam w sobie jest skalą czasu opartą na rotacji Ziemi. Niestety Ziemia zmienia się w swoim spinie, więc UTC rozlicza się z tego, dodając drugi raz lub dwa razy w roku (Leap Second).

Chociaż kontrowersje dla wielu, astronautowie i inne instytucje potrzebują sekund przestępnych, aby uniemożliwić dzień dryfowania, w przeciwnym razie niemożliwe byłoby ustalenie położenia gwiazd na nocnym niebie.

UTC jest teraz używany na całym świecie. Nie tylko jest to oficjalna globalna skala czasowa, ale jest wykorzystywana przez setki tysięcy sieci komputerowych na całym świecie.

Sieci komputerowe używają sieciowy serwer czasu aby zsynchronizować wszystkie urządzenia w sieci z UTC. Większość serwerów czasu używa protokołu NTP (Network Time Protocol) do dystrybucji czasu.

Serwery czasu NTP odbierają czas z zegarów atomowych za pomocą transmisji długofalowych radiowych z krajowych laboratoriów fizycznych lub z sieci GPS (Global Positioning System). Satelity GPS mają wbudowany zegar atomowy, który przywraca czas na Ziemię. Podczas gdy ten sygnał czasu nie jest ściśle rzecz biorąc UTC (nazywane jest to czasem GPS) ze względu na dokładność transmisji, można go łatwo przekonwertować na UTC Serwer NTP GPS.

Zegary atomowe są używane w tysiącach aplikacji na całym świecie. Od sterowania satelitami po równomierną synchronizację sieci komputerowej za pomocą Serwer NTPzegary atomowe zmieniły sposób, w jaki kontrolujemy i zarządzamy czasem.

Pod względem dokładności zegar atomowy jest bezkonkurencyjny. Cyfrowe zegary kwarcowe mogą utrzymywać dokładny czas przez tydzień, nie tracąc więcej niż sekundę, ale zegar atomowy może utrzymać miliony lat bez dryfowania.

Zegary atomowe działa na zasadzie skoków kwantowych, gałęzi mechaniki kwantowej, która stwierdza, że ​​elektron; ujemnie naładowana cząstka będzie krążyła wokół jądra atomu (centrum) na pewnym równinie lub poziomie. Kiedy absorbuje lub uwalnia wystarczającą energię, w postaci promieniowania elektromagnetycznego, elektron przeskoczy na inną płaszczyznę - skok kwantowy.

Mierząc częstotliwość promieniowania elektromagnetycznego odpowiadającego przejściu między dwoma poziomami, można rejestrować upływ czasu. Atomy cezu (cez 133) są preferowane w czasie, ponieważ mają cykl 9,192,631,770 promieniowania w każdej sekundzie. Ponieważ poziomy energetyczne atomu cezu (standardy kwantowe) są zawsze takie same i jest tak duża liczba, zegar atomowy cezu jest niesamowicie dokładny.

Najczęściej stosowaną formą zegara atomowego stosowaną w dzisiejszym świecie jest fontanna cezowa. W tym typie zegara chmura atomów jest wyświetlana w komorze mikrofalowej i może opadać pod wpływem siły grawitacji. Promienie laserowe spowalniają te atomy i mierzy się przejście między poziomami energii atomu.

W nowej generacji zegarów atomowych opracowuje się pułapki jonowe zamiast fontanny. Jony są dodatnio naładowanymi atomami, które mogą zostać uwięzione przez pole magnetyczne. Inne elementy, takie jak stront, są używane w tych zegarach następnej generacji i szacuje się, że potencjalna dokładność zegara pułapki jonowej strontu może być 1000 razy większa od aktualnych zegarów atomowych.

Zegary atomowe są wykorzystywane przez różnego rodzaju technologie; komunikacja satelitarna, globalny system pozycjonowania, a nawet handel internetowy opierają się na zegarach atomowych. Większość komputerów synchronizuje się pośrednio z zegarem atomowym za pomocą a Serwer NTP. Urządzenia te odbierają czas z zegara atomowego i rozprowadzają się wokół swoich sieci, zapewniając dokładny czas na wszystkich urządzeniach.

Zegary atomowe są szczytem czasu przechowywania urządzeń. Nowoczesne zegary atomowe mogą zachować czas na taką dokładność, że w ciągu 100,000,000 lat (100 milionów) nie tracą nawet sekundy w czasie. Z powodu tego wysokiego poziomu dokładności zegary atomowe są podstawą światowego zasięgu czasowego.

Aby umożliwić globalną komunikację i wrażliwe na czas transakcje, takie jak kupowanie stosów i akcji, opracowano w 1972 globalną skalę czasową, opartą na czasie określonym przez zegary atomowe. Ta godzina, czas uniwersalny koordynowany (UTC) jest regulowana i kontrolowana przez Międzynarodowe Biuro Miar i Wag (BIPM), którzy używają konstelacji ponad atomowych zegarów 230 z laboratoriów 65 na całym świecie, aby zapewnić wysoki poziom dokładności.

Zegary atomowe opierają się na podstawowych właściwościach atomu, znanych jako mechanika kwantowa. Mechanika kwantowa sugeruje, że elektron (cząsteczka naładowana ujemnie), który krąży wokół jądra atomu, może istnieć na różnych poziomach lub na płaszczyźnie orbity, zależnie od tego, czy absorbują one lub uwalniają odpowiednią ilość energii. Kiedy elektron pochłonął lub uwolnił wystarczająco dużo energii, by "przeskoczyć" na inny poziom, jest to znane jako skok kwantowy.

Częstotliwość między tymi dwoma stanami energetycznymi jest tym, co służy do utrzymywania czasu. Większość zegarów atomowych opiera się na atomie cezu, który ma okresy 9,192,631,770 promieniowania odpowiadające przejściu między dwoma poziomami. Ze względu na dokładność zegarów cezowych, BIPM uważa teraz, że sekundę należy zdefiniować jako cykl 9,192,631,770 atomu cezu.

Zegary atomowe są używane w tysiącach różnych aplikacji, w których niezbędny jest precyzyjny pomiar czasu. Komunikacja satelitarna, kontrola ruchu lotniczego, handel internetowy i GPs wymagają zegarów atomowych, aby zatrzymać czas. Zegary atomowe mogą być również wykorzystywane jako metoda synchronizacja sieci komputerowych.

Sieć komputerowa używająca Serwer czasu NTP może wykorzystywać transmisję radiową lub sygnały nadawane przez satelity GPS (Global Positioning System) jako źródło taktowania. Program NTP (lub demon) zapewni, że wszystkie urządzenia w tej sieci zostaną zsynchronizowane z czasem określonym przez zegar atomowy.

Używając a Serwer NTP zsynchronizowany z zegarem atomowym, sieć komputerowa może uruchomić identyczny, skoordynowany czas uniwersalny, co inne sieci, co umożliwia dokonywanie transakcji o znaczeniu czasowym z całego świata.

Serwerów NTP są używane przez sieci komputerowe jako punkt odniesienia dla synchronizacji. Na Serwer NTP jest tak naprawdę urządzeniem komunikacyjnym, które odbiera czas z zegara atomowego i rozprowadza go. Serwery NTP, które odbierają bezpośredni czas atomowy, nazywane są serwerami NTP 1.

Warstwa 0 to sam zegar atomowy. Są to bardzo drogie i delikatne maszyny i można je znaleźć tylko w laboratoriach fizyki na dużą skalę. Niestety istnieje wiele reguł określających, kto może uzyskać dostęp do serwera warstwy 1 ze względu na kwestie przepustowości. Większość warstwowych serwerów 1 NTP jest konfigurowana przez uniwersytety lub inne organizacje non-profit i dlatego musi ograniczać dostęp do nich.

Na szczęście serwery czasu 2 oferują wystarczająco dobrą dokładność jako źródło taktowania, a każde urządzenie odbierające sygnał czasu może być używane jako odniesienie czasowe (urządzeniem odbierającym czas z urządzenia 2 jest serwer warstwy 3. serwer warstwy 3 to urządzenia warstwy 4 i tak dalej).

Ntp.org, jest oficjalnym domem projektu pool NTP i zdecydowanie najlepszym miejscem do znalezienia publiczny serwer NTP. W puli dostępne są dwie listy publicznych serwerów; serwery główne, które wyświetlają serwery warstwy 1 (z których większość ma dostęp zamknięty) i dodatkowe, które są serwerami 2 warstwy.

W przypadku korzystania z publicznego serwera NTP ważne jest przestrzeganie reguł dostępu, ponieważ niepowodzenie to może spowodować, że serwer zostanie zatkany przez ruch i jeśli problemy nadal będą się utrzymywać, ponieważ większość publicznych serwerów NTP jest skonfigurowana jako akty hojności.

Jest kilka ważnych punktów do zapamiętania podczas korzystania z źródła czasu z Internetu. Po pierwsze, źródła czasu internetowego nie mogą być uwierzytelniane. Uwierzytelnianie to wbudowany środek bezpieczeństwa wykorzystywany przez NTP, ale niedostępny w sieci. Po drugie, aby korzystać z internetowego źródła czasu, potrzebny jest otwarty port w zaporze sieciowej. Dziura w zaporze może być używana przez złośliwych użytkowników i może pozostawić system podatny na ataki.

Dla osób wymagających bezpiecznego źródła czasu lub gdy dokładność jest bardzo ważna, dedykowane Serwer NTP który odbiera sygnał taktowania z transmisji radiowej długofalowej lub z sieci GP.

. Sygnał czasu WWVB jest dedykowaną transmisją radiową zapewniającą dokładne i niezawodne źródło czasu urzędowego Stanów Zjednoczonych, w oparciu o globalną skalę czasową UTC (Coordinated Universal Time), sygnał WWVB jest nadawany i obsługiwany przez amerykańskie laboratorium NIST (National Institute for Standards i Czas).

Sygnał czasu WWVB może być wykorzystywany przez każdego, kto potrzebuje dokładnych informacji o taktowaniu, chociaż jego głównym zastosowaniem jest źródło czasu UTC dla administratorów synchronizujących sieć komputerową z zegarem radiowym. Zegary radiowe są naprawdę innym terminem na sieciowy serwer czasu który wykorzystuje transmisję radiową jako źródło taktowania.

Wykorzystuje się większość sieciowych serwerów czasu radiowego NTP (Network Time Protocol), aby rozpowszechniać informacje o taktowaniu w całej sieci.

Sygnał WWVB jest nadawany z Fort Collins w Kolorado. Jest dostępny 24 godzin dziennie w większości USA i Kanady, chociaż sygnał jest podatny na zakłócenia i lokalną topografię. Użytkownicy usługi WWVB otrzymują w przeważającej mierze sygnał "fali gruntowej". Jednakże istnieje również rezydualna "fala nieba", która odbija się od jonosfery i jest znacznie silniejsza w nocy; może to spowodować otrzymanie całkowitego sygnału, który jest albo silniejszy, albo słabszy.

Sygnał WWVB jest przenoszony na częstotliwości 60 kHz (do części 2 w 1012) i jest kontrolowany przez zegar atomowy cezu oparty na NIST

Natężenie pola sygnału przekracza 100 μV / m (mikrowolt na metr) w odległości 1000 km od Kolorado - pokrywając znaczną część USA.

Sygnał WWVB ma postać prostego kodu binarnego zawierającego informacje o czasie i dacie Kod czasu i daty WWVB zawiera następujące informacje: rok, miesiąc, dzień miesiąca, dzień tygodnia, godzina, minuta, czas letni (w efekcie lub bliski).

Czas zawsze odgrywał ważną rolę w cywilizacji. Zrozumienie i monitorowanie czasu było jedną z pre-okupacji ludzkości, ponieważ prehistoria i umiejętność śledzenia czasu były równie ważne dla starożytnych, jak dla nas.

Nasi przodkowie musieli wiedzieć, kiedy najlepiej jest sadzić rośliny lub kiedy gromadzić się na uroczystości religijne, a wiedza o czasie oznacza upewnienie się, że jest taki sam jak u wszystkich innych.

synchronizacja czasu jest kluczem do dokładnego utrzymywania czasu, ponieważ zorganizowanie wydarzenia w określonym czasie jest opłacalne tylko wtedy, gdy wszyscy pracują w tym samym czasie. We współczesnym świecie, gdy firma przestawiła się z systemu papierowego na elektroniczny, znaczenie synchronizacji czasu i poszukiwania coraz większej dokładności jest jeszcze ważniejsze.

Obecnie sieci komputerowe komunikują się ze sobą na całym świecie, przeprowadzając co sekundę transakcje o wartości miliardów dolarów, milisekundowa dokładność jest teraz częścią sukcesu biznesowego.

Sieci komputerowe mogą składać się z setek i tysięcy komputerów, serwerów i routerów, a wszystkie mają wewnętrzny zegar, o ile nie są idealnie zsynchronizowane razem, może wystąpić niezliczona liczba potencjalnych problemów.

Naruszenia bezpieczeństwa, utrata danych, częste awarie i awarie, oszustwa i wiarygodność klienta są potencjalnymi zagrożeniami związanymi z nieprawidłową synchronizacją czasu komputera. Komputery polegają na czasie, ponieważ jedyny punkt odniesienia między zdarzeniami a wieloma aplikacjami i procesami zależy od czasu.

Nawet rozbieżności kilku milisekund między urządzeniami mogą powodować problemy, szczególnie w świecie finansów globalnych, gdzie miliony są zyskiwane lub tracone w ciągu sekundy. Z tego powodu większość sieci komputerowych jest kontrolowana przez Serwer czasu. Te urządzenia odbierają sygnał czasu z zegara atomowego. Sygnał ten jest następnie dystrybuowany do każdego urządzenia w sieci, zapewniając, że wszystkie maszyny mają identyczny czas.

Większość urządzeń synchronizujących jest sterowanych przez program komputerowy NTP (Network Time Protocol). To oprogramowanie regularnie sprawdza zegar każdego urządzenia pod kątem dryfu (zwalnianie lub przyspieszanie od pożądanego czasu) i koryguje je, zapewniając, że urządzenia nigdy nie będą się wahać od zsynchronizowanego czasu.

Synchronizacja czasu jest teraz integralną częścią administracji sieci. Sieci niezsynchronizowane z czasem UTC (Coordinated Universal Time) stają się odizolowane; nie można przetworzyć transakcji wrażliwych na czas lub bezpiecznie komunikować się z innymi sieciami.

Czas UTC został opracowany, aby umożliwić komunikację całego globu w jednym przedziale czasowym i opiera się na czasie określonym przez zegary atomowe.

Aby zsynchronizować się z czasem UTC, wielu administratorów sieci po prostu łączy się z internetowym źródłem czasu i zakłada, że ​​otrzymuje bezpieczne źródło czasu UTC. Istnieją jednak pewne pułapki, a każda sieć wymagająca bezpieczeństwa NIGDY nie powinna wykorzystywać Internetu jako źródła czasu:

1. Aby korzystać z internetowego źródła czasu, port musi być przekierowany w zaporze. Ta "dziura", aby umożliwić przekazywanie informacji o taktowaniu, może być wykorzystana przez kogokolwiek innego.
2. NTP (Network Time Protocol) ma wbudowaną miarę bezpieczeństwa zwaną uwierzytelnianiem, która zapewnia, że ​​źródło taktowania jest dokładnie tym, za kogo się podaje, którego nie można wykorzystać przez Internet.
3. Źródła informacji o Internecie są całkowicie niedokładne. Ankieta przeprowadzona przez Nelsona Minara z MIT (Massachusetts Institute of Technology) wykazała, że ​​mniej niż połowa z nich była wystarczająco blisko czasu UTC, aby można go było określić jako wiarygodną (niektóre w minutach, a nawet w godzinach!).
4. Dystans w Internecie może sprawić, że nawet wyjątkowo dokładne źródło informacji o Internecie będzie bezużyteczne, ponieważ odległość od klienta może spowodować opóźnienie.
5. Dedykowany serwer czasu użyje radia z sygnałem GPS, który może być kontrolowany, aby zagwarantować jego dokładność, zapewniając bezpieczeństwo i ochronę prawną; źródła internetowe nie mogą.

Dedykowane Serwery czasu NTP nie tylko zapewniają lepszą ochronę i bezpieczeństwo niż internetowe źródła czasu. Zapewniają także nieokiełznaną dokładność zarówno z transmisją GPS, jak iz transmisją radiową w czasie i częstotliwości (np. MSF, DCF lub WWVB) z dokładnością do kilku milisekund czasu UTC.

GPS serwery czasu to sieciowe serwery czasu, które odbierają sygnał taktowania z sieci GPS i rozprowadzają go między wszystkimi urządzeniami w sieci, zapewniając synchronizację całej sieci.

GPS jest idealnym źródłem czasu, ponieważ sygnał GPS jest dostępny w dowolnym miejscu na świecie. GPS oznacza Global Positioning System, sieć GPS jest własnością amerykańskiej armii i jest kontrolowana przez amerykańskie siły powietrzne (skrzydło kosmiczne). Jest jednak, ponieważ późny 1980 został otwarty dla ludności cywilnej na świecie jako narzędzie wspomagające nawigację.

Sieć GPS jest w rzeczywistości konstelacją satelitów 32, które krążą wokół Ziemi, w rzeczywistości nie dostarczają informacji o położeniu (odbiorniki GPS to robią), ale wysyłają z pokładowych zegarów atomowych sygnał taktowania.

Ten sygnał taktowania służy do określenia pozycji globalnej poprzez triangulację sygnałów taktowania 3-4, a odbiornik może ustalić odległość i pozycję od satelity. W gruncie rzeczy globalny satelita pozycjonujący jest po prostu zegarem krąŜącym i to te informacje są nadawane, które mogą być odebrane przez serwer czasu GPS i rozprowadzone wśród sieci.

Podczas gdy ściśle mówiąc, czas GPS nie jest taki sam jak globalny zakres czasu UTC (skoordynowany czas uniwersalny), a Serwer czasu GPS automatycznie przekształci format czasu na UTC.

Serwer czasu GPS może zapewniać nieokiełznaną dokładność dzięki sieciom zapewniającym dokładność w ciągu kilku milisekund UTC.