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.

Atoomklokken zijn een wonder in vergelijking met andere vormen van tijdwaarnemers. Het zou 100,000-jaren overnemen voor een atoomklok om een ​​seconde in de tijd kwijt te raken, wat vooral ontzagwekkend is wanneer je het vergelijkt met digitale en mechanische klokken die op een dag zoveel kunnen afdrijven.

Maar atoomklokken zijn geen praktische apparaten om op kantoor of thuis te hebben. Ze zijn omvangrijk, duur en vereisen laboratoriumomstandigheden om effectief te kunnen werken. Maar gebruik maken van een atoomklok is eenvoudig genoeg, vooral als atoomtijdwachters het leuk vinden NIST (National Institute of Standards and Time) en NPL (National Physical Laboratory) zenden de tijd uit zoals verteld door hun atoomklokken op korte golfradio.

NIST verzendt zijn signaal, bekend als WWVB uit Boulder, Colorado en wordt uitgezonden op een extreem lage frequentie (60,000 Hz). De radiogolven van het WWVB-station kunnen alle continentale Verenigde Staten omvatten, plus een groot deel van Canada en Midden-Amerika.

Het NPL-signaal wordt uitgezonden in Cumbria in het Verenigd Koninkrijk en wordt via soortgelijke frequenties verzonden. Dit signaal, dat bekend staat als MSF, is overal in het VK beschikbaar en vergelijkbare systemen zijn beschikbaar in andere landen, zoals Duitsland, Japan en Zwitserland.

Radiogestuurde atoomklokken ontvangen deze langegolfsignalen en corrigeren zichzelf volgens elke afwijking die de klok detecteert. Computernetwerken maken ook gebruik van deze atoomkloksignalen en maken gebruik van het protocol NTP (Network Time Protocol) en dedicated NTP tijdservers om honderden en duizenden verschillende computers te synchroniseren.

Hoewel er verschillende protocollen beschikbaar zijn voor tijdsynchronisatie, wordt het grootste deel van de netwerktijd gesynchroniseerd met een van beide NTP of SNTP.

Network Time Protocol (NTP) en Simple Network Time Protocol (SNTP) bestaan ​​al sinds het begin van het internet (en in het geval van NTP enkele jaren van tevoren) en zijn verreweg de meest populaire en wijdverspreide tijdssynchronisatieprotocollen.

Het verschil tussen de twee is echter klein en bepaalt welk protocol het beste is voor een ntp tijd server of een bepaalde tijdsynchronisatietoepassing kan lastig zijn.

Zoals zijn naam suggereert, SNTP is een vereenvoudigde versie van Network Time Protocol, maar de vraag wordt vaak gesteld: 'wat is precies het verschil?'

Het belangrijkste verschil tussen de twee versies van het protocol is het gebruikte algoritme. NTP's algoritme kan meerdere referentieklokken opvragen en berekenen wat het meest accuraat is.

SNTP-gebruik voor apparaten met lage verwerkingssnelheid - het is geschikt voor minder krachtige machines en vereist niet de hoge nauwkeurigheid van NTP. NTP kan ook elke offset en jitter controleren (kleine variaties in de golfvorm als gevolg van schommelingen in de voedingsspanning, mechanische trillingen of andere bronnen), terwijl SNTP dat niet doet.

Een ander groot verschil zit hem in de manier waarop de twee protocollen zich aanpassen aan eventuele drift in netwerkapparaten. NTP versnelt of vertraagt ​​een systeemklok om overeen te komen met de tijd van de referentieklok die in de NTP-server (zwenken) terwijl SNTP eenvoudig de systeemklok vooruit of achteruit zal stappen.

Deze stap van de systeemtijd kan potentiële problemen met tijdgevoelige toepassingen veroorzaken, vooral van de stap die vrij groot is.

NTP wordt gebruikt wanneer nauwkeurigheid belangrijk is en wanneer tijdkritieke applicaties afhankelijk zijn van het netwerk. Het complexe algoritme is echter niet geschikt voor eenvoudige machines of apparaten met minder krachtige processors. SNTP is daarentegen het meest geschikt voor deze eenvoudigere apparaten omdat het minder computerbronnen in beslag neemt, maar het is niet geschikt voor elk apparaat waar nauwkeurigheid van cruciaal belang is of wanneer tijdkritieke applicaties afhankelijk zijn van het netwerk.

Sourcing van de juiste tijd voor netwerksynchronisatie is alleen mogelijk dankzij atoomklokken. In vergelijking met standaard timing-apparaten en atoomklok is miljoenen keer nauwkeuriger met de nieuwste ontwerpen die binnen een seconde nauwkeurige tijd leveren in een 100,000-jaar.

Atoomklokken gebruiken de onveranderlijke resonantie van atomen tijdens verschillende energietoestanden om de tijd te meten, wat een atoomtik oplevert die bijna 9 miljard keer per seconde optreedt in het geval van het cesiumatoom. In feite is de resonantie van cesium nu de officiële definitie van een tweede die door het internationale systeem van eenheid is aangenomen (SI).

Atoomklokken zijn de basisklokken die voor de internationale tijd worden gebruikt, GMT (Coordinated Universal Time). En ze bieden ook de basis voor NTP-servers om computernetwerken en tijdgevoelige technologieën te synchroniseren, zoals die worden gebruikt door luchtverkeersleiding en andere tijdgevoelige toepassingen op hoog niveau.

Het vinden van een atoomklokbron van UTC is een eenvoudige procedure. Vooral met de aanwezigheid van online tijdbronnen zoals die van Microsoft en de Nationaal Instituut voor Normen en tijd (windows.time.com en nist.time.gov).

Echter deze NTP-servers zijn wat bekend staat als stratum 2-apparaten, wat betekent dat ze verbonden zijn met een ander apparaat dat op zijn beurt de tijd krijgt van een atoomklok (met andere woorden een tweedehands bron van UTC).

Hoewel de nauwkeurigheid van deze stratum 2-servers onbetwistbaar is, kan dit worden beïnvloed door de afstand die de client heeft van de tijdservers, ze bevinden zich ook buiten de firewall, wat betekent dat voor communicatie met een online tijdserver een open UDP (User Datagram Protocol) vereist is poort om de communicatie mogelijk te maken.

Dit kan kwetsbaarheden in het netwerk veroorzaken en wordt daarom niet gebruikt in een systeem dat volledige beveiliging vereist. Een veiligere (en betrouwbare) methode om UTC te ontvangen, is om een ​​speciale te gebruiken NTP tijdserver. Deze tijdsynchronisatie-apparaten ontvangen de tijd direct van atoomklokken die ofwel lang worden uitgezonden door plaatsen zoals NIST of NPL (Nationaal Fysisch Laboratorium - VK). Als alternatief kan UTC worden afgeleid van het GPS-signaal uitgezonden door de constellatie van satellieten in het GPS-netwerk (Global Positioning System).

Een van 's werelds meesten nauwkeurige atoomklokken wordt in een baan om de aarde gelanceerd en gekoppeld aan het International Space Station (ISS) dankzij een overeenkomst ondertekend door het Franse ruimteagentschap.

De atoomklok FARAO (Projet d'Horloge Atomique par Refroidissement d'Atomes en Orbite) moet aan het ISS worden bevestigd in een poging nauwkeuriger de Einsteins theorie van zowel relatief als vergroting van de nauwkeurigheid van Coordinated Universal Time te testen (GMT) onder andere geodesie-experimenten.

PHARAO is een cesium-atoomklok van de volgende generatie met een nauwkeurigheid die overeenkomt met minder dan een drift per 300,000-jaar. PHARAO wordt gelanceerd door het European Space Agency (ESA) in 2013.

Atoomklokken zijn de meest nauwkeurige tijdregistratie-instrumenten die beschikbaar zijn voor de mensheid, maar ze zijn vatbaar voor veranderingen in zwaartekracht, zoals voorspeld door Einsteins theorie, omdat de tijd zelf wordt geteisterd door de aantrekkingskracht van de aarde. Door deze nauwkeurige atoomklok in een baan om de aarde te plaatsen, wordt het effect van de zwaartekracht van de aarde verminderd, waardoor FARAO nauwkeuriger kan zijn dan op de aarde gebaseerde klok.

Terwijl atoomklokken zijn niet nieuw in een baan, zoals veel satellieten; inclusief het GPS-netwerk (Global Positioning System) bevatten atoomklokken, maar FARAO zal een van de nauwkeurigste klokken zijn die ooit in de ruimte zijn geïntroduceerd, waardoor het voor veel meer gedetailleerde analyse kan worden gebruikt.

Atoomklokken bestaan ​​al sinds de 1960's maar hun toenemende ontwikkeling heeft de weg geëffend voor meer en meer geavanceerde technologieën. Atoomklokken vormen de basis van vele moderne technologieën, van satellietnavigatie tot computernetwerken om effectief over de hele wereld te communiceren.

Computer netwerken ontvang tijdsignalen van atoomklokken via NTP tijdservers (Network Time Protocol) waarmee een computernetwerk nauwkeurig kan worden gesynchroniseerd binnen enkele milliseconden UTC.

Er is een zekere ironie dat de computer die op je bureaublad zit en misschien net zo veel maandensalaris heeft gekost een klok aan boord heeft die minder accuraat is dan een goedkoop horloge dat je bij een benzine- of benzinestation koopt.

Het probleem is niet dat computers in het bijzonder zijn gemaakt met goedkope timingcomponenten, maar dat een serieuze tijdregistratie op een pc kan worden bereikt zonder dure of geavanceerde oscillatoren.

De ingebouwde timingoscillators op de meeste pc's zijn eigenlijk gewoon een back-up om de computerklok gesynchroniseerd te houden wanneer de pc uitstaat of wanneer informatie over de timing van het netwerk niet beschikbaar is.

Ondanks deze ontoereikende klokken aan boord, kan de timing op een netwerk van pc's worden bereikt tot binnen milliseconde nauwkeurigheid en een netwerk dat is gesynchroniseerd met de wereldwijde tijdschaal GMT (Coordinated Universal Time) mag helemaal niet afwijken.

De reden dat dit hoge niveau van nauwkeurigheid en synchroniciteit kan worden bereikt zonder dure oscillatoren is dat computers Network Timing Protocol kunnen gebruiken (NTP) om de exacte tijd te vinden en te behouden.

NTP is een algoritme dat een enkele tijdsbron distribueert; dit kan worden gegenereerd door de klok aan boord van een pc - hoewel dit zou betekenen dat elke machine in het netwerk zou afdrijven terwijl de klok zelf afdrijft - een veel betere oplossing is om NTP te gebruiken voor het verspreiden van een stabiele, nauwkeurige tijdbron, en met de meeste voorkeur voor netwerken die zaken doen via internet, een bron van UTC.

De eenvoudigste methode om UTC te ontvangen - die door een constellatie van atoomklokken over de hele wereld waar wordt gehouden - is om een dedicated NTP tijdserver. NTP-servers gebruiken GPS-satellietsignalen (Global Positioning System) of lange golf radio-uitzendingen (meestal uitgezonden door nationale fysica laboratoria zoals NPL of NIST).

Na ontvangst van de NTP-server verdeelt de timingbron over het netwerk en controleert voortdurend elke machine op afwijking (in wezen maakt de netwerkmachine contact met de server als een client en wordt de informatie uitgewisseld via TCP / IP.

Dit maakt de klokken aan boord van de computers zelf overbodig, hoewel wanneer de machines aanvankelijk worden opgestart, of als er vertraging is opgetreden bij het contacteren van de computer. NTP-server (als deze laag is of als er een tijdelijke fout is), wordt de ingebouwde klok gebruikt om de tijd te behouden totdat volledige synchronisatie opnieuw mogelijk is.

Timing wordt steeds crucialer voor computersystemen. Het is nu bijna ongehoord dat een computernetwerk functioneert zonder synchronisatie met UTC (Coordinated Universal Time). En zelfs enkele machines die thuis worden gebruikt, zijn nu uitgerust met automatische synchronisatie. De nieuwste incarnatie van Windows, bijvoorbeeld Windows 7, maakt automatisch verbinding met een timingbron (hoewel deze toepassing handmatig kan worden uitgeschakeld door toegang te krijgen tot de tijd- en datumvoorkeuren.)

De opname van deze automatische synchronisatiehulpmiddelen in de nieuwste besturingssystemen geeft aan hoe belangrijk timinginformatie is geworden en wanneer u kijkt naar de soorten toepassingen en transacties die nu op internet worden uitgevoerd, is het geen verrassing.

Internetbankieren, online reserveren, internetveilingen en zelfs e-mail kunnen afhankelijk zijn van de juiste tijd. Computers gebruiken tijdstempels als het enige referentiepunt dat ze moeten identificeren wanneer en of een transactie heeft plaatsgevonden. Fouten in timinginformatie kunnen onnoemelijke fouten en problemen veroorzaken, vooral met foutopsporing.

Het internet zit vol met tijdservers met meer dan duizend tijdbronnen beschikbaar voor online synchronisatie; de nauwkeurigheid en bruikbaarheid van deze online bronnen van UTC-tijd variëren en een TCP / IP open laten in de firewall om de timinginformatie door te laten kan een systeem kwetsbaar maken.

Voor netwerksystemen waarbij timing niet alleen cruciaal is, maar waar beveiliging ook een belangrijk probleem is, is internet geen voorkeursbron voor het ontvangen van UTC-informatie en is een externe bron vereist.

Het verbinden van een NTP-netwerk met een externe bron van UTC-tijd is relatief eenvoudig als een netwerktijdserver is gebruikt. Deze apparaten die vaak worden aangeduid als NTP-servers, gebruik de atoomklokken aan boord van GPS (Global Positioning System) satellieten of lange golf uitzendingen uitgezonden door plaatsen zoals NIST or NPL.

NTP-servers zijn essentiële apparaten voor tijdsynchronisatie van computernetwerken. Zorgen dat een netwerk samenvalt met UTC (Coordinated Universal Time) is van vitaal belang in moderne communicatie zoals internet en is de primaire functie van de netwerktijdserver (NTP-server).

Zoals hun naam suggereert, gebruiken deze tijdservers het protocol NTP (Network Time Protocol) om de synchronisatieverzoeken af ​​te handelen. NTP is al in veel besturingssystemen geïnstalleerd en synchronisatie is mogelijk zonder een NTP-server door gebruik te maken van een internettijdbron, dit kan onveilig en onnauwkeurig zijn voor veel netwerkbehoeften.

Netwerk tijdservers ontvang een veel nauwkeuriger en veiliger tijdsignaal. Er zijn twee methoden om de tijd te ontvangen met behulp van een tijdserver: gebruik van het GPS-netwerk of ontvangen van lange-golf radio-uitzendingen.

Beide methoden voor het ontvangen van een tijdbron zijn veilig omdat ze extern zijn voor een netwerkfirewall. Ze zijn ook nauwkeurig omdat beide tijdsbronnen rechtstreeks door atoomklokken worden gegenereerd in plaats van een internettijddienst die normaal gesproken wordt gebruikt NTP-apparaten verbonden met een atoomklok van een derde partij.

Het GPS-netwerk biedt een ideale tijdsbron voor NTP-servers omdat de signalen overal beschikbaar zijn. Het enige nadeel van het gebruik van het GPS-netwerk is dat een zicht op de lucht nodig is om een ​​satelliet te vergrendelen.

Radio-gerefereerde tijdbronnen zijn flexibeler doordat het langegolf-signaal binnenshuis kan worden ontvangen. Ze hebben een beperkte sterkte en niet elk land heeft een tijdsignaal, hoewel sommige signalen zoals de Duitse DCF en de VS WVBB beschikbaar zijn in aangrenzende staten.