We vertrouwen allemaal op de tijd om onze dagen gepland te houden. Horloges, wandklokken en zelfs de dvd-speler vertellen ons allemaal de tijd, maar af en toe is dit niet nauwkeurig genoeg, vooral wanneer de tijd moet worden gesynchroniseerd.

Er zijn veel technologieën die een uiterst nauwkeurige precisie tussen systemen vereisen, van satellietnavigatie tot veel internettoepassingen, nauwkeurige tijd wordt steeds belangrijker.

Maar precisie bereiken is niet altijd eenvoudig, vooral in moderne computernetwerken. Hoewel alle computersystemen ingebouwde klokken hebben, zijn dit geen nauwkeurige tijdstukken maar standaard kristaloscillatoren, dezelfde technologie die wordt gebruikt in andere elektronische klokken.

Het probleem met het vertrouwen op systeemklokken als deze is dat ze geneigd zijn te zweven en op een netwerk dat bestaat uit honderden of duizenden machines, als de klokken met een ander tempo drijven - chaos kan snel volgen. E-mails worden ontvangen voordat ze worden verzonden en tijdkritieke applicaties mislukken.

Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige tijdsstukken in de buurt, maar dit zijn laboratoriumtools op grote schaal en zijn onpraktisch (en erg duur) om te worden gebruikt door computernetwerken.

Natuurkundige laboratoria zoals de Noord-Amerikaan NIST (National Institute of Standards and Time) hebben atoomklokken waarvoor ze tijdsignalen uitzenden. Deze tijdsignalen kunnen door computernetwerken worden gebruikt voor synchronisatie.

In Noord-Amerika wordt de door NIST uitgezonden tijdcode genoemd wwvb en wordt uitgezonden door Boulder, Colorado in lange golf op 60Hz. De tijdcode bevat het jaar, de dag, het uur, de minuut, de seconde, en aangezien het een bron van UTC is, worden eventuele schrikkelseconden toegevoegd om pariteit met de rotatie van de aarde te waarborgen.

Het WWVB-signaal ontvangen en gebruiken om een ​​computernetwerk te synchroniseren, is eenvoudig te doen. Radio-referentienetwerktijdservers kunnen deze uitzending ontvangen in heel Noord-Amerika en door het protocol te gebruiken NTP (Network Time Protocol).

Een toegewijde NTP tijdserver die het WWVB-signaal kan ontvangen, kan honderden en zelfs duizenden verschillende apparaten synchroniseren met het WWVB-signaal en ervoor zorgen dat elk signaal binnen enkele milliseconden UTC valt.

Atoomklokken zijn de ultieme tijdwaarnemingsapparatuur. Hun nauwkeurigheid is ongelooflijk, omdat een atoomklok binnen een miljoen jaar niet zoveel als een seconde zal afdrijven, en wanneer dit wordt vergeleken met de volgende beste chronometers, zoals een elektronische klok die in een week met een seconde kan afdrijven, een atoomklok is ongelooflijk nauwkeuriger.

Atoomklokken worden over de hele wereld gebruikt en vormen het hart van veel moderne technologieën die een veelheid aan toepassingen mogelijk maken die we als vanzelfsprekend beschouwen. Internethandel, satellietnavigatie, luchtverkeersleiding en internationaal bankieren zijn allemaal sectoren die sterk afhankelijk zijn

Ze bepalen ook de tijdschaal van de wereld, UTC (Coordinated Universal Time), die door een constellatie van deze klokken wordt aangehouden (hoewel UTC moet worden aangepast om rekening te houden met de vertraging van de aardse spin door het toevoegen van schrikkelseconden).

Computernetwerken moeten vaak worden gesynchroniseerd met UTC. Deze synchronisatie is van vitaal belang in netwerken die tijdsgevoelige transacties uitvoeren of een hoge mate van beveiliging vereisen.

Een computernetwerk zonder voldoende tijdsynchronisatie kan veel problemen veroorzaken, waaronder:

Verlies van gegevens

• Moeilijkheden bij het identificeren en registreren van fouten
• Verhoogd risico op beveiligingsinbreuken.
• Geen tijdgevoelige transacties kunnen uitvoeren

Om deze redenen moeten veel computernetwerken worden gesynchroniseerd met een bron van UTC en zo accuraat mogelijk worden bewaard. En hoewel atoomklokken grote, omvangrijke apparaten zijn die worden bewaard in de fysica laboratoria, is het ongelooflijk eenvoudig om ze als een bron van tijd te gebruiken.

Network Time Protocol (NTP) is een softwareprotocol dat uitsluitend is ontworpen voor de synchronisatie van netwerken en computersystemen en met behulp van een speciale NTP-server de tijd vanaf een atoomklok kan door de tijdserver worden ontvangen en via NTP via het netwerk worden gedistribueerd.

NTP-servers gebruiken radiofrequenties en meer in het algemeen de GPS-satellietsignalen om de atoomklok-timingsignalen te ontvangen die vervolgens over het netwerk worden verspreid, waarbij NTP regelmatig elk apparaat aanpast om te zorgen dat het zo nauwkeurig mogelijk is.

Synchronisatie van moderne computernetwerken is om tal van redenen van cruciaal belang, en dankzij het tijdprotocol NTP (Network Time Protocol) is dit relatief eenvoudig.

NTP is een algoritmisch protocol dat de tijd op verschillende computers analyseert en vergelijkt met een enkele tijdreferentie en past elke klok aan voor drift om synchronisatie met de tijdbron te garanderen. NTP is bij deze taak zo in staat dat een met het protocol gesynchroniseerd netwerk op realistische wijze milliseconde nauwkeurigheid kan verkrijgen.

De tijdbron kiezen

Als het gaat om het maken van een tijdreferentie is er echt geen alternatief dan om een ​​bron van UTC te vinden (Coordinated Universal Time). UTC is de wereldwijde tijdschaal die wereldwijd wordt gebruikt als een enkel tijdsschema door computernetwerken. UTC wordt nauwkeurig gehouden door een constellatie van atoomklokken over de hele wereld.

Synchroniseren met UTC

De meest eenvoudige methode om een ​​UTC Time-bron te ontvangen, is om een ​​stratum 2 internettijdserver te gebruiken. Deze worden geacht stratum 2 te zijn, omdat ze de tijd verdelen na de eerste keer ontvangen van a NTP-server (stratum 1) dat is verbonden met een atoomklok (stratum 0). Helaas is dit niet de meest nauwkeurige methode om UTC te ontvangen vanwege de afstand die de gegevens moeten afleggen tussen host en de client.

Er zijn ook beveiligingsproblemen bij het gebruik van een internet stratum 2-tijdbron in die zin dat de UDP-poort van de firewall 123 open moet blijven om de tijdcode te ontvangen, maar deze firewallopening kan en is misbruikt door kwaadwillende gebruikers.

Toegewijde NTP-servers

Dedicated NTP tijdservers, ook wel netwerktijdservers genoemd, zijn de meest nauwkeurige en veilige methode voor het synchroniseren van een computernetwerk. Ze werken extern op het netwerk, dus er zijn geen problemen met de firewall. Deze stratum 1-apparaten ontvangen de UTC-tijd rechtstreeks van een atoomklokbron via langegolfradiostations of de GPS-netwerk (Global Positioning System). Hoewel dit een antenne vereist, die in het geval van GPS op een rooftop moet worden geplaatst, zal de tijdserver zelf honderden en inderdaad duizenden verschillende apparaten op het netwerk automatisch synchroniseren.

Nauwkeurige tijdregistratie als nogal vaak over het hoofd gezien als een prioriteit voor netwerkbeheerders, maar velen riskeren zowel beveiliging als gegevensverlies door niet te garanderen dat hun netwerken zo nauwkeurig mogelijk worden gesynchroniseerd.

Computers hebben hun eigen hardwareklokken, maar dit zijn vaak gewoon simpele elektronische oscillatoren zoals die in digitale horloges bestaan ​​en helaas zijn deze systeemklokken gevoelig voor drift, vaak tot enkele seconden per week.

Verschillende machines in een netwerk draaien die verschillende tijden hebben - zelfs al binnen een paar seconden - kan grote schade aanrichten, omdat zoveel computertaken afhankelijk zijn van tijd. Tijd, in de vorm van tijdstempels, is de enige referentie die computers gebruiken om onderscheid te maken tussen verschillende gebeurtenissen en mislukken nauwkeurig een netwerk synchroniseren kan leiden tot allerlei onnoemelijke problemen.

Hier zijn enkele van de belangrijkste redenen waarom uw netwerk moet worden gesynchroniseerd met Network Time Protocol, prefasbly met een NTP tijdserver.

Back-ups van gegevens - van vitaal belang voor het beschermen van gegevens in elk bedrijf of organisatie, een gebrek aan synchronisatie kan ertoe leiden dat niet alleen back-ups mislukken, maar dat oudere versies van bestanden meer moderne versies vervangen.

Kwaadaardige aanvallen - ongeacht hoe veilig een netwerk, iemand, ergens uiteindelijk toegang tot uw netwerk zal krijgen, maar zonder nauwkeurige synchronisatie kan het onmogelijk worden om te achterhalen welke compromissen er hebben plaatsgevonden en het zal ook niet-geautoriseerde gebruikers extra tijd geven binnen een netwerk om ravage aan te richten.

Foutopsporing - als er fouten optreden en ze onvermijdelijk doen, bevatten de systeemlogboeken alle informatie om problemen te identificeren en te corrigeren. Als de systeemlogboeken echter niet gesynchroniseerd zijn, kan het soms onmogelijk zijn om uit te zoeken wat er mis ging en wanneer.

Online Trading - Kopen en verkopen op het internet is nu gemeengoed en in sommige bedrijven worden duizenden online transacties elke seconde uitgevoerd, van het reserveren van een stoel tot het kopen van aandelen en een gebrek aan nauwkeurige synchronisatie kan leiden tot allerlei fouten bij online handelen, zoals items die meerdere keren worden gekocht of verkocht.

Compliance en legaliteit - Veel industriële regelsystemen vereisen een controleerbare en accurate methode van timing. Een niet-gesynchroniseerd netwerk is ook kwetsbaar voor juridische kwesties, omdat het exacte tijdstip waarop een gebeurtenis zou hebben plaatsgevonden niet kan worden bewezen.

Wanneer je op oudejaarsavond aftelde om het begin van het volgende jaar te markeren, begon je bij 10 of 11? De meeste feestgangers zouden vanaf tien zijn afgeteld, maar ze zouden prematuur geweest zijn dit jaar omdat er vorig jaar een extra seconde was toegevoegd - de schrikkelseconde.

Schrikkelseconden worden normaal één of twee keer per jaar ingevoegd (normaal op oudejaarsavond en in juni) om de wereldwijde tijdschaal te garanderen GMT (Coordinated Universal Time) valt samen met de astronomische dag.

Sprong seconden zijn gebruikt sinds UTC voor het eerst werd geïmplementeerd en ze zijn een direct resultaat van onze nauwkeurigheid in tijdregistratie. Het probleem is dat modern atoomklokken zijn veel nauwkeuriger tijdwaarnemingsapparatuur dan de aarde zelf. Het werd opgemerkt toen atoomklokken voor het eerst werden ontwikkeld, dat de lengte van een dag, eens gedacht dat het precies 24-uren waren, varieerde.

De variaties worden veroorzaakt door de rotatie van de aarde die wordt beïnvloed door de zwaartekracht en de getijdekrachten van de aarde, die allemaal de rotatie van de aarde minutieus vertragen.

Dit draaien vertraagt, terwijl het maar minuscuul is, als het niet wordt gecontroleerd, dan zou de UTC-dag snel afdalen naar de astronomische nacht (zij het in enkele duizenden jaren).

De beslissing of een Leap Second nodig is, is de taak van de International Earth Rotation Service (IERS), maar Leap Seconds zijn niet bij iedereen populair en kunnen potentiële problemen veroorzaken wanneer ze worden geïntroduceerd.

UTC wordt gebruikt door NTP tijdservers (Network Time Protocol) als een tijdreferentie voor het synchroniseren van computernetwerken en andere technologie en de verstoring die Leap-seconden kunnen veroorzaken, wordt gezien als de moeite niet waard.

Anderen, zoals astronomen, zeggen echter dat het nalaten van UTC in overeenstemming met de astronomische dag het bestuderen van de hemelen bijna onmogelijk zou maken.

De laatste schrikkelseconde die is ingevoegd voordat deze in 2005 was, maar sinds 23 zijn er in totaal 1972 seconden aan UTC toegevoegd.

Wordt vervolgd ...

Er zijn echter enkele gelegenheden waarbij een tijdserver de verbinding met de atoomklok kan verliezen en de tijdcode niet gedurende een langere periode kan ontvangen. Soms kan dit komen door downtime door de atoomklokbesturing voor onderhoud of dat storing in de nabije omgeving de transmissie blokkeert.

Het is duidelijk dat hoe langer het signaal lager is, des te meer potentiële drift op het netwerk kan optreden als de kristaloscillator in de NTP-server is het enige dat tijd aanhoudt. Voor de meeste toepassingen zou dit nooit een probleem mogen zijn, aangezien de meest langdurige periode van downtime normaal niet langer is dan drie of vier uur en de NTP-server in die tijd niet veel zou zijn afgedreven en het optreden van deze downtime vrij zeldzaam is (misschien een keer of twee keer per jaar).

Voor sommige ultra precieze high-end toepassingen worden echter rubidium-kristaloscillatoren gebruikt, omdat deze niet zo veel drijven als kwarts. Rubidium (vaak gebruikt in atoomklokken zelf in plaats van cesium) is veel nauwkeuriger een oscillator dan kwarts en verstrekt betere nauwkeurigheid voor wanneer er geen signaal aan a is NTP tijdserver zodat het netwerk een nauwkeurigere tijd kan aanhouden.

Rubidium zelf is een alkalimetaal, vergelijkbaar in eigenschappen met kalium. Het is zeer licht radioactief, hoewel het geen risico vormt voor de gezondheid van de mens (en wordt vaak gebruikt in beeldvorming van medicijnen door het in een patiënt te injecteren). Het heeft een halfwaardetijd van 49 miljard jaar (de tijd die nodig is om te vervallen met de helft - in vergelijking met sommige van de meest dodelijke radioactieve materialen hebben halfwaardetijden van minder dan een seconde).

Het enige echte gevaar van rubidium is dat het nogal heftig reageert op water en brand kan veroorzaken

Oscillatoren zijn essentieel geweest in de ontwikkeling van klokken en chronologie. Oscillatoren zijn slechts elektronische circuits die een repetitief elektronisch signaal produceren. Vaak worden kristallen zoals kwarts gebruikt om de frequentie van de oscillatie te stabiliseren,

Oscillatoren zijn de primaire technologie achter elektronische klokken. Digitale horloges en analoge klok met batterijvoeding worden allemaal bestuurd door een oscillerend circuit dat meestal een kwartskristal bevat.

En hoewel elektronische klokken vele malen nauwkeuriger zijn dan een mechanische klok, zal een kwartsoscillator elke week een seconde of twee afdrijven.

Atoomklokken natuurlijk zijn veel nauwkeuriger. Ze gebruiken echter nog steeds oscillatoren, meestal cesium of rubidium, maar ze doen dit in een hyperfijne toestand vaak bevroren in vloeibare stikstof of helium. Deze klokken in vergelijking met elektronische klokken zullen in geen miljoen jaar tijd met een seconde afdrijven (en met de modernere atoomklokken 100 miljoen jaar).

Om deze chronologische nauwkeurigheid te gebruiken een netwerktijdserver die gebruikt NTP (Network Time Protocol) kan worden gebruikt om volledige computernetwerken te synchroniseren. NTP-servers gebruik een tijdsignaal van een GPS- of langegolfradio die rechtstreeks van een atoomklok komt (in het geval van GPS wordt de tijd gegenereerd in een klok aan boord van de GPS-satelliet).

NTP-servers controleer deze bron van tijd voortdurend en pas vervolgens de apparaten in een netwerk aan om die tijd aan te passen. Tussen polls (ontvangst van de tijdbron) wordt door de tijdserver een standaardoscillator gebruikt om de tijd te houden. Normaal gesproken zijn deze oscillatoren kwarts maar omdat de tijdserver in regelmatige communicatie met de atoomklok elke minuut of twee zegt, is de normale drift van een kwartsoscillator geen probleem, omdat een paar minuten tussen peilingen niet tot een meetbare drift zou leiden.

Wordt vervolgd ...

Ongeacht waar we ons in de wereld bevinden, we moeten allemaal de tijd weten op een bepaald moment van de dag, maar terwijl elke dag even lang duurt, ongeacht waar je bent op aarde, wordt hetzelfde tijdschema niet wereldwijd gebruikt.

De onpraktijk van Australiërs die bij 17.00 moeten ontwaken of die in de VS bij 14.00 moeten gaan werken, zou een enkele tijdschaal uitsluiten, hoewel het idee werd besproken toen de Greenwich de officiële prime meridiaan werd genoemd (waar de dateline officieel is) voor de wereld wat 125 jaar geleden.

Hoewel het idee van een globale tijdschaal om bovengenoemde redenen werd afgewezen, werd later besloten dat 24-lengtelijnen de wereld zouden opsplitsen in verschillende tijdzones. Deze zouden afkomstig zijn van GMT rond met die aan de andere kant van de planeet zijnde + 12 uren.

Door de groei van de wereldwijde communicatie van de 1970 is echter een universele tijdschaal uiteindelijk aangenomen en is deze nog steeds in gebruik, ondanks het feit dat veel mensen er nog nooit van hebben gehoord.

UTC, Coordinated Universal Time, is gebaseerd op GMT (Greenwich Meantime) maar wordt bewaard door een constellatie van atoomklokken. Het houdt ook rekening met variaties in de rotatie van de aarde met extra seconden, ook wel 'schrikkelseconden' genoemd, die één keer per twee keer per jaar worden toegevoegd om de vertraging van de rotatie van de aarde ten gevolge van zwaartekracht en getijdekrachten tegen te gaan.

Hoewel de meeste mensen nog nooit van UTC hebben gehoord of het direct gebruiken, is de invloed op ons leven onmiskenbaar met computernetwerken die allemaal via UTC zijn gesynchroniseerd NTP tijdservers (Network Time Protocol).

Zonder deze synchronisatie tot een enkel tijdsschema zouden veel van de technologieën en toepassingen die we tegenwoordig als vanzelfsprekend beschouwen onmogelijk zijn. Alles van wereldwijde handel in aandelen en aandelen tot internetshopping, e-mail en sociale netwerken worden alleen mogelijk gemaakt dankzij UTC en de NTP tijdserver.

Het DCF 77-signaal is een langegolftransmissie die wordt uitgezonden op 77 KHz vanuit Frankfurt in Duitsland. DCF -77 wordt overgedragen door Physikalisch-Technische Bundesanstalt, het Duitse nationale fysica laboratorium.

DCF-77 is een nauwkeurige bron van UTC-tijd en wordt gegenereerd door atoomklokken die voor precisie zorgen. DCF-77 is een nuttige bron van tijd die overal in Europa kan worden overgenomen door technologieën die een nauwkeurige tijdreferentie nodig hebben.

Radiogestuurde klokken en netwerk tijdservers ontvang het tijdsignaal en in het geval van tijdservers distribueert dit tijdsignaal over een computernetwerk. Het meeste computernetwerk gebruikt NTP om het DCF 77 tijdsignaal te distribueren.

Er zijn voordelen van het gebruik van een signaal zoals DCF voor tijdsynchronisatie. DCF is langgolvig en is daarom gevoelig voor interferentie van andere elektrische apparaten, maar deze kunnen gebouwen binnendringen die het DCF-signaal een voordeel geven ten opzichte van die andere bron van UTC-tijd die algemeen beschikbaar is - GPS (Global Positioning System) - waarvoor een open beeld van de hemel om satelliettransmissies te ontvangen.

Andere lange golf radiosignalen zijn beschikbaar in andere landen die vergelijkbaar zijn met DCF-77. In het Verenigd Koninkrijk wordt het MSF -60-signaal uitgezonden door NPL (National Physical Laboratory) uit Cumbria terwijl in de VS NIST (National Institute of Standards and Time) het WVBB-signaal uit Boulder, Colorado uitzendt.

NTP tijdservers zijn een efficiënte methode om deze langegolftransmissies te ontvangen en vervolgens de tijdcode te gebruiken als synchronisatiebron. NTP-servers kan DCF, MSF en WVBB ontvangen en ook velen van hen kunnen het GPS-signaal ontvangen.

Vanaf de vroege dagen van de industriële revolutie, toen spoorlijnen en de telegraaf over tijdzones overspanden, werd het duidelijk dat er een wereldwijde tijdschaal nodig was waardoor dezelfde tijd kon worden gebruikt, ongeacht waar ter wereld u zich bevond.

De eerste poging tot een globale tijdschaal was GMT - Greenwich Mean Time. Dit was gebaseerd op de Greenwich-meridiaan, waar de zon direct boven staat op 12 middag. GMT werd gekozen, voornamelijk vanwege de invloed van het Britse rijk op de rest als de wereldbol.

Andere tijdschalen waren ontwikkeld zoals British Railway Time, maar GMT was de eerste keer dat een echt wereldwijd systeem van tijd wereldwijd werd gebruikt.

GMT bleef gedurende de eerste helft van de twintigste eeuw het globale tijdsschema, hoewel mensen begonnen te verwijzen naar UT (Universele Tijd).

Toen atoomklokken echter in het midden van de twintigste eeuw werden ontwikkeld, werd al snel duidelijk dat GMT niet nauwkeurig genoeg was. Een globale tijdschaal gebaseerd op de tijd verteld door atoomklokken was gewenst om deze nieuwe nauwkeurige chronometers weer te geven.

International Atomic Time (TAI) werd voor dit doel ontwikkeld, maar problemen met het gebruik van atoomklokken werden al snel duidelijk.

Men dacht dat de omwenteling van de aarde op zijn as een exacte 24-uren was. Maar dankzij de atoomklokken werd ontdekt dat de draaiing van de aarde varieert en omdat de 1970 vertraagt. Deze vertraging van de rotatie van de aarde moest worden verantwoord omdat anders de verschillen zouden kunnen toenemen en de nacht langzaam naar binnen zou afdrijven (zij het in vele millennia).

Coordinated Universal Time is ontwikkeld om dit tegen te gaan. Gebaseerd op zowel TAI als GMT, staat UTC de vertraging van de rotatie van de aarde toe door elk jaar of twee (en soms twee keer per jaar) schrikkelseconden toe te voegen.

UTC is nu een echt wereldwijde tijdschaal en wordt door landen en technologieën overal ter wereld overgenomen. Computernetwerken worden via UBC gesynchroniseerd met UTC netwerk tijdservers en zij gebruiken het protocol NTP om nauwkeurigheid te garanderen.