Synchronizacja czasu jest niezwykle ważne dla nowoczesnych sieci komputerowych. W niektórych branżach synchronizacja czasu jest absolutnie niezbędna, szczególnie gdy mamy do czynienia z technologiami, takimi jak kontrola ruchu lotniczego lub żegluga morska, w których setki osób mogą zostać zagrożone z powodu braku dokładnego czasu.

Nawet w świecie finansów poprawna synchronizacja czasu jest niezbędna, ponieważ miliony można dodawać lub wymazywać ceny akcji co sekundę. Z tego powodu cały świat przestrzega globalnej skali czasu zwanej skoordynowanym czasem uniwersalnym (UTC). Jednak przyleganie do UTC i utrzymywanie dokładności UTC to dwie różne rzeczy.

Większość zegarów komputerowych to proste oscylatory, które będą powoli dryfować albo szybciej, albo wolniej. Niestety oznacza to, że bez względu na to, jak dokładne są one ustawione w poniedziałek, będą dryfować do piątku. Ten dryf może być tylko ułamkiem sekundy, ale wkrótce nie potrwa długo, zanim pierwotny czas UTC przekroczy sekundę.

W wielu branżach może to nie oznaczać życia i śmierci z powodu utraty milionów akcji i akcji, ale brak synchronizacji czasu może mieć nieprzewidziane konsekwencje, takie jak pozostawienie firmy mniej chronionej przed oszustwami. Jednak otrzymywanie i utrzymywanie prawdziwego czasu UTC jest dość proste.

Dedykowane Sieć serwerów czasu są dostępne, które używają protokołu NTP (Network Time Protocol), aby stale sprawdzać czas sieci przed źródłem czasu UTC. Te urządzenia są często określane jako Serwer NTP, serwer czasu lub serwer czasu w sieci. The Serwer NTP stale dostosowuje wszystkie urządzenia w sieci, aby zapewnić, że maszyny nie dryfują od UTC.

UTC jest dostępne z kilku źródeł, w tym z sieci GPS. Jest to idealne źródło czasu UTC, ponieważ jest bezpieczne, niezawodne i dostępne na całym świecie. UTC jest również dostępny za pośrednictwem specjalistycznych krajowych transmisji radiowych, z których nadawane są krajowe laboratoria fizyczne chociaż nie są dostępne wszędzie.

Kiedy spojrzymy na nasze zegarki lub zegar biurowy, często przyjmujemy za pewnik, że podany czas jest poprawny. Możemy zauważyć, że nasze zegarki są szybkie lub wolne dziesięć minut, ale nie zwracają uwagi, jeśli są one sekundą lub dwiema.

Jednak przez tysiące lat ludzkość kroczyła coraz dalej dokładne zegary korzyści są dziś ogromne w naszym wieku nawigacji satelitarnej, Serwerów NTP, Internet i globalna komunikacja.

Aby zrozumieć, jak dokładny czas można zmierzyć, ważne jest, aby najpierw zrozumieć pojęcie czasu. Czas mierzony na Ziemi od tysiącleci jest odmiennym pojęciem od samego czasu, co, jak Einstein nas poinformował, było częścią struktury samego wszechświata w tym, co opisał jako czterowymiarową czasoprzestrzeń.

Jednak historycznie mierzyliśmy czas nie w oparciu o upływ czasu, ale o rotację naszej planety w stosunku do Słońca i Księżyca. Dzień podzielony jest na 24 równych części (godzin), z których każda jest podzielona na 60 minut, a minuta podzielona jest na 60 sekund.

Jednak obecnie zdano sobie sprawę, że czas pomiaru w ten sposób nie może być uważany za dokładny, ponieważ rotacja Ziemi zmienia się z dnia na dzień. Wszystkie rodzaje zmiennych, takie jak siły pływowe, huragany, wiatry słoneczne, a nawet ilość śniegu na biegunach wpływają na szybkość rotacji Ziemi. W rzeczywistości, kiedy dinozaury zaczęły wędrować po Ziemi, długość dnia mierzonego teraz wynosiłaby zaledwie 22 godzin.

Opieramy teraz czas na przechodzeniu atomów za pomocą zegary atomowe z drugim na podstawie okresów 9,192,631,770 promieniowania emitowanego przez nadsubtelne przejście uzwiązkowionego atomu cezu w stanie podstawowym. Choć może to brzmieć skomplikowanie, to naprawdę jest to tylko atomowy "tyk", który nigdy się nie zmienia, a zatem może dostarczyć bardzo dokładnego odniesienia do naszego czasu.

Zegary atomowe wykorzystują ten rezonans atomowy i potrafią zachować czas tak dokładny, że sekunda nie jest stracona nawet w miliardach lat. Nowoczesne technologie wykorzystują tę precyzję, umożliwiając komunikację i globalny handel, z którego dziś korzystamy dzięki wykorzystaniu nawigacji satelitarnej, Serwerów NTP a kontrola ruchu lotniczego zmienia sposób, w jaki żyjemy naszym życiem.

W epoce zegarów atomowych i Serwer NTP czas przechowywania jest teraz dokładniejszy niż kiedykolwiek, z coraz większą precyzją, co pozwoliło wielu technologiom i systemom, które teraz przyjmujemy za pewnik.

Chociaż odmierzanie czasu zawsze było przedmiotem troski ludzkości, dopiero od kilku dziesięcioleci prawdziwa dokładność jest możliwa dzięki nadejściu zegar atomowy.

Przed czasem atomowym oscylatory elektryczne, takie jak te, które można znaleźć w przeciętnym cyfrowym zegarku, były najdokładniejszą miarą czasu, a zegary elektroniczne, takie jak te, są o wiele bardziej precyzyjne niż ich poprzednie wersje - mechaniczne zegary, które wciąż mogą dryfować nawet o sekundę w tygodniu .

Ale dlaczego w końcu czas musi być tak dokładny, jak ważna może być sekunda? W codziennym prowadzeniu naszego życia sekunda nie jest tak ważna, a elektroniczne zegary (a nawet mechaniczne) zapewniają odpowiedni czas na nasze potrzeby.

W naszym codziennym życiu drugie robi niewielką różnicę, ale w wielu nowoczesnych zastosowaniach drugie może być wiekiem.

Przykładem może być nowoczesna nawigacja satelitarna. Urządzenia te mogą wskazać lokalizację w dowolnym miejscu na Ziemi w odległości kilku metrów. Jednak mogą to zrobić tylko ze względu na ultra-precyzyjną naturę zegarów atomowych, które kontrolują system, ponieważ sygnał czasu wysyłany z satelitów nawigacyjnych przemieszcza się z prędkością światła, która wynosi prawie 300,000 km na sekundę.

Ponieważ światło może przemierzyć tak dużą odległość w ciągu sekundy, jakikolwiek zegar atomowy rządzący systemem nawigacji satelitarnej, który byłby tylko o sekundę krótszy, pozycjonowanie byłoby niedokładne o tysiące mil, przez co system pozycjonowania stałby się bezużyteczny.

Istnieje wiele innych technologii, które wymagają podobnej dokładności, a także wielu sposobów handlu i komunikacji. Akcje i udziały zmieniają się co sekundę w górę iw dół, a globalny handel wymaga, aby wszyscy na całym świecie musieli komunikować się w tym samym czasie.

Większość sieci komputerowych jest kontrolowana za pomocą Serwer NTP (Network Time Protocol). Urządzenia te pozwalają wszystkim sieciom komputerowym korzystać z tego samego zegara czasu UTC (skoordynowanego czasu uniwersalnego). Wykorzystując UTC za pośrednictwem serwera NTP sieci komputerowe mogą być synchronizowane w ciągu kilku milisekund od siebie.

Organizowanie warstw

Poziomy strat brzusznych określają odległość między urządzeniem a zegarem referencyjnym. Na przykład zegar atomowy oparty na laboratorium fizyki lub satelicie GPS jest urządzeniem 0. ZA warstwa 1 urządzenie to serwer czasu, który odbiera czas z urządzenia 0, a więc dedykowanego Serwer NTP jest warstwą 1. Urządzeniami, które odbierają czas z serwera czasu, takiego jak komputery i routery, są urządzenia warstwy 2.

NTP może obsłużyć do poziomów 16 i chociaż jest dokładniejszy, im dalej, tym poziomy warstw są zaprojektowane tak, aby umożliwić olbrzymim sieciom otrzymywanie czasu z jednego serwera NTP bez powodowania przeciążenia sieci lub blokowania przepustowości .

Podczas korzystania z Serwer NTP ważne jest, aby nie przeciążać urządzenia żądaniami czasu, więc sieć powinna być podzielona przez wybraną liczbę maszyn pobierających żądania od Serwer NTP (producent serwera NTP może zalecić liczbę żądań, które może obsłużyć). Te warstwy urządzeń 2 można wykorzystać jako odniesienia czasowe dla innych urządzeń (które stają się urządzeniami 3) w bardzo dużych sieciach, które następnie można wykorzystać jako odniesienia do samych siebie.

Serwerów NTP są istotnym narzędziem dla każdej firmy, która musi komunikować się globalnie i bezpiecznie. Serwery NTP dystrybuują skoordynowany czas uniwersalny (UTC), globalną skalę czasową świata, opartą na bardzo dokładnym czasie określonym przez zegary atomowe.

NTP (Network Time Protocol) to protokół używany do dystrybucji czasu UTC w sieci, który zapewnia również dokładność i stabilność całego czasu. Istnieje jednak wiele pułapek w konfiguracji a Sieć NTP, oto najczęściej:

Używanie właściwego źródła czasu

Uzyskanie najbardziej odpowiedniego źródła czasu jest podstawą do stworzenia sieci NTP. Źródło czasu zostanie rozdzielone pomiędzy wszystkie maszyny i urządzenia w sieci, dlatego ważne jest, aby był nie tylko dokładny, ale także stabilny i bezpieczny.

Wielu administratorów systemu tnie rogi ze źródłem czasu. Niektórzy zdecydują się na użycie źródła czasu w Internecie, chociaż nie są one bezpieczne, ponieważ zapora będzie wymagać otwarcia, a także wiele źródeł internetowych jest albo całkowicie niedokładnych, albo zbyt daleko, aby uzyskać jakąkolwiek użyteczną precyzję.

Istnieją dwie bardzo bezpieczne metody otrzymywania źródła czasu UTC. Pierwszy polega na wykorzystaniu sieci GPS, która chociaż nie nadaje UTC, Czas GPS bazuje na międzynarodowym czasie atomowym i dlatego jest łatwy do przekonwertowania NTP. Sygnały czasu GPS są również łatwo dostępne na całym świecie.

Druga metoda polega na użyciu sygnałów radiowych długofalowych emitowanych przez niektóre krajowe laboratoria fizyczne. Sygnały te nie są jednak dostępne w każdym kraju i mają skończony zasięg oraz są podatne na zakłócenia i lokalną topografię.

Network Time Protocol został opracowany w celu zapewnienia synchronizacji komputerów. Wszystkie komputery są podatne na dryfowanie, a dokładny czas jest niezbędny w wielu krytycznych aplikacjach.

Wersja NTP jest instalowana w większości wersji systemu Windows (chociaż wersja uproszczona zwana SNTP -Simplified NTP- jest w starszych wersjach) i Linux, ale jest dostępna do pobrania z NTP.org.

Podczas synchronizowania sieci preferowane jest użycie dedykowanego Serwer NTP który otrzymuje źródło taktowania z zegar atomowy za pośrednictwem specjalistycznych transmisji radiowych lub Sieć GPS. Jednak wiele odniesień do czasu w Internecie są dostępne, niektóre bardziej wiarygodne niż inne, choć należy zauważyć, że źródła czasu oparte na Internecie nie mogą być uwierzytelnione przez NTP, pozostawiając komputer podatny na zagrożenia.

NTP jest hierarchiczny i ułożony w warstwę. Stratum 0 jest odniesieniem czasowym, podczas gdy warstwa 1 jest serwerem połączonym ze źródłem czasu 0, a warstwa 2 jest komputerem (lub urządzeniem) dołączonym do serwera 1 warstwy.

Podstawową konfigurację NTP wykonuje się za pomocą pliku /etc/ntp.conf, który trzeba edytować i umieścić adres IP warstwy 1 i warstwy 2. Oto przykład podstawowego pliku ntp.conf:

preferuje serwer xxx.yyy.zzz.aaa (adres serwera czasu, taki jak time.windows.com)

serwer 123.123.1.0

serwer 122.123.1.0 warstwy 3

Driftfile / etc / ntp / drift

Najbardziej podstawowy plik ntp.conf wyświetli listę serwerów 2, z których chce się zsynchronizować, oraz adres IP dla siebie. Dobrze jest mieć więcej niż jeden serwer w celach informacyjnych na wypadek, gdyby jeden z nich upadł.

Serwer ze znacznikiem "prefer" jest używany dla zaufanego źródła, zapewniającego, że NTP będzie zawsze używać tego serwera, gdy będzie to możliwe. Adres IP będzie użyty w przypadku problemów, gdy NTP będzie synchonizować z samym sobą. Plik drift to miejsce, w którym NTP tworzy zapis szybkości dryfu zegara systemowego i automatycznie dostosowuje się do niego.

NTP dostosuje czas systemowy, ale tylko powoli. NTP będzie oczekiwał co najmniej dziesięciu pakietów informacji, zanim zaufa źródłu czasu. Aby przetestować NTP wystarczy zmienić zegar systemowy o pół godziny pod koniec dnia, a poranna powinna być prawidłowa.

Dokładny czas użycia Zegary atomowe jest dostępny w całej Ameryce Północnej przy użyciu WWVB Atomic Clock time sygnał transmitowany z Fort Collins, Colorado; zapewnia synchronizację czasu na komputerach i innych urządzeniach elektrycznych.

Północnoamerykański sygnał WWVB jest obsługiwany przez NIST - Narodowy Instytut Standardów i Technologii. WWVB ma wysoką moc nadajnika (50,000 wat), bardzo wydajną antenę i wyjątkowo niską częstotliwość (60,000 Hz). Dla porównania typowa stacja radiowa AM nadaje na częstotliwości 1,000,000 Hz. Połączenie wysokiej mocy i niskiej częstotliwości powoduje, że fale radiowe z WWVB mają dużo odbić, a ta pojedyncza stacja może więc obejmować całe kontynentalne Stany Zjednoczone oraz dużą część Kanady i Ameryki Środkowej.

Kody czasowe są wysyłane z WWVB przy użyciu jednego z najprostszych systemów i z bardzo małą szybkością transmisji jednego bitu na sekundę. Sygnał 60,000 Hz jest zawsze przesyłany, ale co sekundę jest znacznie zredukowany w mocy przez okres 0.2, 0.5 lub 0.8 sekund: • 0.2 sekund zredukowanej mocy oznacza binarne zero • 0.5 sekund zredukowanej mocy jest binarną. • 0.8 sekund zredukowanej mocy jest separatorem. Kod czasu jest wysyłany w BCD (Binary Coded Decimal) i wskazuje minuty, godziny, dzień roku i rok wraz z informacją o czasie letnim i latach przestępnych.

Czas jest przesyłany za pomocą bitów 53 i separatorów 7, a zatem potrzeba 60 sekund na przesłanie. Zegar lub zegarek może zawierać bardzo małą i stosunkowo prostą antenę i odbiornik do dekodowania informacji w sygnale i dokładnego ustawienia czasu zegara. Wszystko, co musisz zrobić, to ustawić strefę czasową, a zegar atomowy wyświetli prawidłową godzinę.

Dedykowane Serwery czasu NTP które są dostrojone do odbioru sygnału czasu WWVB. Urządzenia te łączą się z siecią komputerową, tak jak każdy inny serwer, tylko te odbierają sygnał taktowania i dystrybuują go do innych maszyn w sieci za pomocą NTP (Network Time Protocol).

O północy tej nocy zostanie dodana dodatkowa sekunda zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Służby Obrotów Ziemi i Systemów Referencyjnych (IERS). Oznacza to, że na ostatnią chwilę 2008 będzie 61 sekund.

Sekundy przestępne zostały dodane prawie co roku od momentu powstania UTC (Coordinated Universal Time) w 1970-ach. Dodatkowa sekunda jest dodawana, aby zapewnić, że UTC utrzymuje synchronizację z GMT (Greenwich Meantime lub czasami nazywane UT1). GMT jest tradycyjnym systemem zegara godzinowego 24, w którym dzień definiuje się jako obrót Ziemi, który zajmuje 86,400 sekund, aby dokonać pełnego obrotu.

Niestety, Ziemia często może być nieco opóźniona w obrocie i jeśli dodatkowe sekundy nie zostały dodane pod koniec roku, aby zrekompensować ostatecznie oba systemy (UTC i GMT) rozpadałyby się. W tysiącleciu różnica czasu wynosiłaby tylko godzinę, ale wielu argumentuje, że system czasu, który nie odpowiada ruchowi nieba, byłby irracjonalny, a zawody takie jak rolnictwo i astronomia byłyby trudniejsze.

Jednak nie wszyscy to widzą, niektórzy twierdzą, że skoro sieci komputerowe całego świata są zsynchronizowane z UTC za pomocą Serwerów NTP wtedy fudging dodatkowej sekundy powoduje niezliczone kłopoty.

Teraz grupa w ramach Międzynarodowego Związku Telekomunikacyjnego, zwana, zaleciła zniesienie sekundy przestępnej. Członek grupy Elisa Felicitas Arias z Międzynarodowe Biuro Miar i Wag w Paryżu Francja twierdzi, że skala czasowa, która nie wymaga regularnych zmian, jest niezbędna w coraz bardziej wzajemnie połączonym świecie. Co więcej, mówi, statki i samoloty nawigują teraz za pośrednictwem GPS, a nie starego systemu czasowego. GPS działa w wersji czas atomowy.

W przyszłym roku państwa członkowskie ITU mają głosować nad wnioskiem. Jeśli 70 procent poprze pomysł, oficjalna decyzja zostanie podjęta na Światowej Konferencji Radiowej w 2011. Według raportu, którego autorem jest Felicitas Arias, większość państw członkowskich popiera ten pomysł. Wielka Brytania jest jednak przeciwna przerabianiu swoich praw, które obejmują czas słoneczny w skali Greenwich Mean Time. Bez abolicji w Wielkiej Brytanii może być trudne, mówi Felicitas Arias.

"Teoretycznie dodanie sekundy jest tak proste jak przerzucenie przełącznika; w praktyce rzadko działa w ten sposób "- mówi Dennis McCarthy US Naval Research Laboratory, który zapewnia standard czasu używany przez wojsko USA. Najprawdopodobniej dotyczy to systemów informatycznych, które wymagają precyzji mniej niż sekundę. W 1998 - dwie sekundy temu - komunikacja telefoniczna zamieniła się w część południowego USA. Różne rejony służby zmieniły się nieco w czasie, uniemożliwiając właściwe przekazywanie sygnałów.

Wszystkie cytaty przypisane do BBC

Do 1967 drugi został zdefiniowany za pomocą ruchu Ziemi, który obraca się raz na swojej osi co 24 godzin, a 3,600 sekund w tej godzinie i 86,400 w 24.

Byłoby dobrze, gdyby Ziemia była punktualna, ale w rzeczywistości tak nie jest. Współczynnik rotacji Ziemi zmienia się codziennie o tysiące nanosekund, co w dużej mierze wynika z wiatru i fal wirujących wokół Ziemi i powodujących opór.

W ciągu tysięcy dni te zmiany szybkości rotacji mogą spowodować, że spin Ziemi nie zostanie zsynchronizowany z precyzyjnymi zegarami atomowymi, których używamy do utrzymania systemu UTC (Coordinated Universal Time) Wybijając się. Z tego powodu rotacja Ziemi jest monitorowana i mierzona w czasie za pomocą odległych błysków od rodzaju zwiniętej gwiazdy nazywanej kwazarem, która błyska bardzo precyzyjnym rytmem w odległości wielu milionów lat świetlnych. Monitorując obrót Ziemi względem tych odległych obiektów, można obliczyć, o ile zwolnił obrót.

Po utworzeniu sekundy spowolnienia, Międzynarodowa Usługa Obrotu Ziemi (IERS), zaleca a Leap drugie do dodania, zwykle pod koniec roku.

Inne powikłania pojawiają się, jeśli chodzi o synchronizacja Ziemia do jednej skali czasowej. W 1905 teoria względności Alberta Einsteina pokazała, że ​​nie ma czegoś takiego jak czas absolutny. Każdy zegar, wszędzie we wszechświecie, tyka w różnym tempie. W przypadku GPS jest to ogromna kwestia, ponieważ okazuje się, że zegary na satelitach dryfują przez prawie 40,000 nanosekundy dziennie w stosunku do zegarów na ziemi, ponieważ są wysoko nad powierzchnią Ziemi (a zatem w słabszym polu grawitacyjnym) i poruszają się szybko w stosunku do ziemi.

A ponieważ światło może przemieścić Czterdzieści tysięcy stóp w tym czasie, możesz zobaczyć problem. Równania Einsteina zapisane najpierw w 1905 i 1915 są używane do skorygowania tego przesunięcia czasowego, pozwalając GPSowi pracować, samolotom bezpiecznie nawigować i Serwery NTP GPS aby otrzymać prawidłowy czas.

. Przesyłanie MSF z Anthorn (szerokość geograficzna 54 ° 55 'N, długość geograficzna 3 ° 15' W) jest głównym sposobem rozpowszechniania brytyjskich krajowych standardów czasu i częstotliwości, które są utrzymywane przez National Physical Laboratory. Efektywna moc promieniowania monopolu wynosi 15 kW, a antena jest zasadniczo wszechkierunkowa. Moc sygnału jest większa niż 10 mV / m przy 100 km i większa niż 100 μV / m przy 1000 km od nadajnika. Sygnał jest szeroko stosowany w Europie północnej i zachodniej. Częstotliwość nośna jest utrzymywana na 60 kHz do części 2 w 1012.

Zastosowano prostą modulację nośną typu on-off, czasy narastania i opadania nośnej są określane przez kombinację anteny i nadajnika. Czas tych krawędzi regulują sekundy i minuty Skoordynowanego czasu uniwersalnego (UTC), która zawsze mieści się w granicach sekundy czasu Greenwich (GMT). Każda sekunda UTC jest oznaczona przez "off" poprzedzoną co najmniej 500 ms nośnika, a ten drugi znacznik jest przesyłany z dokładnością lepszą niż ± 1 ms.

Pierwsza sekunda minuty zaczyna się od okresu 500 ms przy wyłączonym przewoźniku, który służy jako znacznik minutnika. Pozostałe 59 (lub wyjątkowo 60 lub 58) sekunda minuty zawsze zaczynają się od co najmniej 100 ms "off" i kończą się co najmniej 700 ms przewoźnika. Sekundy 01-16 przenoszą informacje o aktualnej minucie na temat różnicy (DUT1) między czasem astronomicznym i czasem atomowym, a pozostałe sekundy przekazują kod czasu i daty. Informacje o kodzie godziny i daty są zawsze podawane w czasie i godzinie zegara w Wielkiej Brytanii, czyli UTC zimą i UTC + 1h, gdy obowiązuje czas letni, i odnosi się do minuty następującej po tym, w którym jest transmitowany.

Dedykowane MSF NTP Server dostępne są urządzenia, które można podłączyć bezpośrednio do transmisji MSF.

Informacja dzięki uprzejmości NPL