Dire che il tempo non è così semplice come la maggior parte della gente pensa. In realtà la stessa domanda, 'qual è il tempo?' è una domanda alla quale anche la scienza moderna può non rispondere. Il tempo, secondo Einstein, è relativo; sta passando i cambiamenti per diversi osservatori, influenzati da cose come la velocità e la gravità.

Anche quando viviamo tutti sullo stesso pianeta e viviamo lo scorrere del tempo in modo simile, dire che il tempo può essere sempre più difficile. Da allora il nostro metodo originale di utilizzo della rotazione terrestre è stato scoperto come inaccurato poiché la gravità della Luna causa alcuni giorni per essere più lunghi di 24 ore e pochi per essere più brevi. In effetti, quando i primi dinosauri vagavano per la Terra un giorno era solo 22 ore!

Mentre gli orologi meccanici ed elettronici ci hanno fornito una certa precisione, le nostre moderne tecnologie hanno richiesto misurazioni del tempo molto più accurate. Il GPS, il commercio su Internet e il controllo del traffico aereo sono solo tre settori che sono stati suddivisi secondo i tempi è incredibilmente importante.

Quindi, come possiamo tenere traccia del tempo? L'uso della rotazione terrestre si è dimostrato inaffidabile, mentre gli oscillatori elettrici (orologi al quarzo) e gli orologi meccanici sono accurati solo per un secondo o due al giorno. Sfortunatamente per molte delle nostre tecnologie una seconda imprecisione può essere troppo lunga. Nella navigazione satellitare, la luce può percorrere 300,000 km in poco più di un secondo, rendendo inutile l'unità media del navigatore satellitare se ci fosse un secondo di imprecisione.

La soluzione per trovare un metodo accurato per misurare il tempo è stata quella di esaminare la molto piccola - meccanica quantistica. La meccanica quantistica è lo studio dell'atomo e le sue proprietà e il modo in cui interagiscono. È stato scoperto che gli elettroni, le minuscole particelle che orbitano atomi hanno cambiato il percorso che orbita e rilasciato una quantità precisa di energia quando lo fanno.

Nel caso dell'atomo di cesio questo si verifica quasi nove miliardi di volte al secondo e questo numero non si altera mai e quindi può essere usato come un metodo estremamente affidabile per tenere traccia del tempo. Gli atomi di cesio sono usati din orologi atomici e in effetti il ​​secondo è ora definito come appena sopra 9 miliardi di cicli di radiazione dell'atomo di cesio.

Gli orologi atomici sono la base di molte delle nostre tecnologie. L'intera economia globale conta su di loro con il tempo trasmesso da NTP time server su reti di computer o trasmesse via satellite tramite satelliti GPS; assicurare che tutto il mondo mantenga lo stesso tempo, preciso e stabile.

Una scala cronologica globale ufficiale, Coordinated Universal Time (UTC) è stata sviluppata grazie a orologi atomici che consentono al mondo intero di funzionare nello stesso tempo entro pochi millesimi di secondo l'uno dall'altro.

A ora del server è uno strumento di ufficio comune, ma a cosa serve?

Siamo tutti abituati ad avere un tempo diverso dal resto del mondo. Quando l'America si sta svegliando, Honk Kong andrà a letto ed è per questo che il mondo è diviso in fusi orari. Anche nella stessa fascia oraria ci possono ancora essere differenze. In Europa continentale, ad esempio, la maggior parte dei paesi è un'ora avanti rispetto al Regno Unito a causa del cambio stagionale della Gran Bretagna.

Tuttavia, quando si tratta di comunicazione globale, avere tempi diversi in tutto il mondo può causare problemi in particolare se si devono condurre transazioni sensibili al fattore tempo come l'acquisto o la vendita di azioni.

Per questo scopo è stato chiaro dai primi 1970 che era necessaria una scala cronologica globale. È stato introdotto su 1 gennaio 1972 ed è stato chiamato UTC - Coordinated Universal Time. UTC è tenuto da un orologio atomico ma è basato su Greenwich Meantime (GMT - spesso chiamato UT1) che è esso stesso una scala temporale basata sulla rotazione della Terra. Sfortunatamente la Terra varia nel suo giro in modo tale che l'UTC ne tiene conto aggiungendo un secondo una o due volte all'anno (Leap Second).

Nonostante siano controversi per molti, sono necessari secondi bisestili da parte di astronomi e altre istituzioni per evitare che la giornata scivoli via altrimenti sarebbe impossibile calcolare la posizione delle stelle nel cielo notturno.

UTC è ora utilizzato in tutto il mondo. Non solo è la scala cronologica globale ufficiale, ma è utilizzata da centinaia di migliaia di reti di computer in tutto il mondo.

Le reti di computer usano a ora del server di rete per sincronizzare tutti i dispositivi su una rete in UTC. La maggior parte dei server di tempo utilizza il protocollo NTP (Network Time Protocol) per distribuire il tempo.

I time server NTP ricevono il tempo dagli orologi atomici da trasmissioni radio a onde lunghe da laboratori nazionali di fisica o dalla rete GPS (Global Positioning System). I satelliti GPS portano tutti un orologio atomico a bordo che trasmette il tempo indietro sulla Terra. Anche se questo segnale orario non è strettamente UTC (è noto come tempo GPS) a causa della precisione della trasmissione è facilmente convertibile in UTC da un GPS server NTP.

Gli orologi atomici sono utilizzati per migliaia di applicazioni in tutto il mondo. Dal controllo dei satelliti alla sincronizzazione anche di una rete di computer utilizzando a Server NTP, gli orologi atomici hanno cambiato il modo in cui controlliamo e governiamo il tempo.

In termini di precisione, un orologio atomico non ha rivali. Gli orologi al quarzo digitali possono mantenere un tempo preciso per una settimana, senza perdere più di un secondo, ma un orologio atomico può mantenere il tempo per milioni di anni senza andare alla deriva.

Gli orologi atomici lavorare sul principio dei balzi quantici, un ramo della meccanica quantistica che afferma che un elettrone; una particella carica negativamente, orbiterà un nucleo di un atomo (il centro) in una certa pianura o livello. Quando assorbe o rilascia abbastanza energia, sotto forma di radiazione elettromagnetica, l'elettrone salterà su un piano diverso - il salto quantico.

Misurando la frequenza della radiazione elettromagnetica corrispondente alla transizione tra i due livelli, è possibile registrare il passaggio del tempo. Gli atomi di cesio (cesio 133) sono preferiti per i tempi poiché hanno cicli di radiazioni 9,192,631,770 ogni secondo. Poiché i livelli di energia dell'atomo di cesio (gli standard quantistici) sono sempre gli stessi ed è un numero così elevato, l'orologio atomico al cesio è incredibilmente preciso.

La forma più comune di orologio atomico usato nel mondo oggi è la fontana al cesio. In questo tipo di orologio una nuvola di atomi viene proiettata in una camera a microonde e lascia cadere la gravità. I raggi laser rallentano questi atomi e viene misurata la transizione tra i livelli di energia dell'atomo.

La prossima generazione di orologi atomici si sta sviluppando usando trappole ioniche piuttosto che una fontana. Gli ioni sono atomi caricati positivamente che possono essere intrappolati da un campo magnetico. Altri elementi come lo stronzio vengono utilizzati in questi orologi di prossima generazione e si stima che la potenziale precisione di un orologio a trappola ionica di stronzio potrebbe essere 1000 volte quella degli attuali orologi atomici.

Gli orologi atomici sono utilizzati da tutti i tipi di tecnologie; la comunicazione via satellite, il Global Positioning System e persino il trading su Internet dipendono dagli orologi atomici. La maggior parte dei computer si sincronizza indirettamente a un orologio atomico utilizzando a Server NTP. Questi dispositivi ricevono il tempo da un orologio atomico e si distribuiscono intorno alle loro reti garantendo un tempo preciso su tutti i dispositivi.

Gli orologi atomici sono l'apice dei dispositivi per il mantenimento del tempo. I moderni orologi atomici possono mantenere il tempo con una precisione tale che negli anni 100,000,000 (100 milioni) non perdono nemmeno un secondo nel tempo. A causa di questo alto livello di precisione, gli orologi atomici sono la base per i tempi del mondo.

Per consentire la comunicazione globale e le transazioni temporali come l'acquisto di pile e condivisioni di un tempo globale, basato sul tempo indicato dagli orologi atomici, è stato sviluppato in 1972. Questa scala cronologica, Coordinated Universal Time (UTC) è governata e controllata dal Ufficio internazionale dei pesi e misure (BIPM) che utilizzano una costellazione di oltre orologi atomici 230 dai laboratori 65 di tutto il mondo per garantire elevati livelli di precisione.

Gli orologi atomici si basano sulle proprietà fondamentali dell'atomo, noto come meccanica quantistica. La meccanica quantistica suggerisce che un elettrone (particella caricata negativamente) che orbita attorno al nucleo di un atomo possa esistere in diversi livelli o piani orbitali a seconda che assorbano o rilasciano la giusta quantità di energia. Una volta che un elettrone ha assorbito o rilasciato abbastanza energia in grado di "saltare" su un altro livello, questo è noto come salto quantico.

La frequenza tra questi due stati energetici è ciò che viene usato per mantenere il tempo. La maggior parte degli orologi atomici sono basati sull'atomo di cesio che ha periodi di radiazione 9,192,631,770 corrispondenti alla transizione tra i due livelli. A causa della precisione degli orologi al cesio, il BIPM considera ora un secondo definito come i cicli 9,192,631,770 dell'atomo di cesio.

Gli orologi atomici sono utilizzati in migliaia di diverse applicazioni in cui è essenziale un timing preciso. La comunicazione via satellite, il controllo del traffico aereo, il commercio via Internet e i GP richiedono tutti orologi atomici per mantenere il tempo. Gli orologi atomici possono anche essere usati come metodo di sincronizzazione delle reti di computer.

Una rete di computer che utilizza a NTP time server può utilizzare una trasmissione radio o i segnali trasmessi dai satelliti GPS (Global Positioning System) come fonte di temporizzazione. Il programma NTP (o demone) assicurerà quindi che tutti i dispositivi su quella rete saranno sincronizzati all'orario indicato dall'orologio atomico.

Utilizzando un Server NTP sincronizzato con un orologio atomico, una rete di computer può eseguire l'identico tempo universale coordinato di altre reti che consentono di effettuare transazioni time sensitive da tutto il mondo.

NTP server sono utilizzati dalle reti di computer come riferimento temporale per la sincronizzazione. Un Server NTP è davvero un dispositivo di comunicazione che riceve il tempo da un orologio atomico e lo distribuisce. I server NTP che ricevono un tempo di clock atomico diretto sono noti come server 1 NTP di strato.

Un dispositivo 0 dello strato è un orologio atomico stesso. Si tratta di macchine molto costose e delicate e si trovano solo nei laboratori di fisica su larga scala. Sfortunatamente ci sono molte regole che governano chi può accedere ad un server 1 di uno strato a causa di considerazioni sull'ampiezza di banda. La maggior parte dei server 1 NTP stratificati sono creati da università o altre organizzazioni senza scopo di lucro e devono quindi limitare chi li accede.

Fortunatamente i server di tempo 2 stratum possono offrire un'accuratezza decente come una sorgente di temporizzazione e qualsiasi dispositivo che riceve un segnale orario può essere utilizzato come riferimento temporale (un dispositivo che riceve il tempo da uno strato 2 è un server 3 stratificato. uno strato 3 server sono dispositivi 4 stratum e così via).

Ntp.org è la sede ufficiale del progetto del pool NTP e di gran lunga il miglior posto dove andare per trovare un server NTP pubblico. Ci sono due elenchi di server pubblici disponibili nel pool; server primari, che visualizza i server 1 di strato (la maggior parte dei quali sono ad accesso chiuso) e secondario che sono tutti server 2 stratum.

Quando si utilizza un server NTP pubblico è importante rispettare le regole di accesso in quanto l'impossibilità di farlo può causare l'intasamento del traffico del server e se i problemi persistono eventualmente interrotti poiché la maggior parte dei server NTP pubblici sono configurati come atti di generosità.

Ci sono alcuni punti importanti da ricordare quando si utilizza una sorgente di temporizzazione da Internet. Innanzitutto, le fonti di cronometraggio su Internet non possono essere autenticate. L'autenticazione è una misura di sicurezza integrata utilizzata da NTP ma non disponibile in rete. In secondo luogo, per utilizzare una sorgente di sincronizzazione di Internet è necessaria una porta aperta nel firewall. Un buco in un firewall può essere utilizzato da utenti malintenzionati e può lasciare un sistema vulnerabile agli attacchi.

Per quelli che richiedono una fonte di temporizzazione sicura o quando la precisione è molto importante, un dedicato Server NTP che riceve un segnale di temporizzazione dalle trasmissioni radio a onde lunghe o dalla rete GPs.

La Segnale orario WWVB è una trasmissione radio dedicata che fornisce una fonte accurata e affidabile del tempo civile degli Stati Uniti, sulla base della scala temporale globale UTC (Coordinated Universal Time), il segnale WWVB è trasmesso e gestito dal laboratorio NIST degli Stati Uniti (National Institute for Standards and Tempo).

Il segnale orario WWVB può essere utilizzato da chiunque richieda informazioni accurate sulla temporizzazione, sebbene il suo uso principale sia come una fonte di tempo UTC per gli amministratori che sincronizzano una rete di computer con un radiosveglia. Orologi radiofonici sono davvero un altro termine per a ora del server di rete che utilizza una trasmissione radio come sorgente di temporizzazione.

La maggior parte dei time server di rete basati su radio utilizza NTP (Network Time Protocol) per distribuire le informazioni di temporizzazione su tutta la rete.

Il segnale WWVB viene trasmesso da Fort Collins, in Colorado. È disponibile 24 ore al giorno in gran parte degli Stati Uniti e del Canada, sebbene il segnale sia vulnerabile alle interferenze e alla topografia locale. Gli utenti del servizio WWVB ricevono prevalentemente un segnale "onda a terra". Tuttavia, vi è anche una "onda del cielo" residua che viene riflessa dalla ionosfera ed è molto più forte di notte; questo può comportare un segnale totale ricevuto che è più forte o più debole.

Il segnale WWVB viene trasmesso su una frequenza di 60 kHz (all'interno delle parti 2 in 1012) ed è controllato da un orologio atomico al cesio basato su NIST

La forza del campo del segnale supera 100 μV / m (microvolt al metro) ad una distanza di 1000 km dal Colorado, coprendo gran parte degli Stati Uniti.

Il segnale WWVB si presenta sotto forma di un semplice codice binario contenente informazioni su ora e data. Il codice di ora e data WWVB include le seguenti informazioni: anno, mese, giorno del mese, giorno della settimana, ora, minuto, ora legale (in vigore o imminente).

Tempo ha sempre giocato un ruolo importante nella civiltà. Comprendere e monitorare il tempo è stata una delle pre-occupazioni dell'umanità sin dalla preistoria e la capacità di tenere traccia del tempo era tanto importante per gli antichi quanto per noi.

I nostri antenati avevano bisogno di sapere quando il momento migliore era piantare le colture o quando riunirsi per le celebrazioni religiose e conoscere il tempo significa assicurarsi che sia uguale a quello di tutti gli altri.

sincronizzazione oraria è la chiave per mantenere il tempo preciso come organizzare un evento in un determinato momento è utile solo se tutti corrono allo stesso tempo. Nel mondo moderno, dal momento che il business si è spostato da un sistema cartaceo a uno elettronico, l'importanza della sincronizzazione temporale e la ricerca di una precisione sempre migliore sono ancora più cruciali.

Le reti di computer comunicano tra di loro da ogni parte del mondo, eseguendo transazioni per miliardi di dollari ogni secondo, una precisione milliseconda fa ora parte del successo aziendale.

Le reti di computer possono essere composte da centinaia e migliaia di computer, server e router e mentre hanno tutti un orologio interno, a meno che non siano sincronizzati perfettamente insieme potrebbero verificarsi una miriade di potenziali problemi.

Violazioni della sicurezza, perdita di dati, frequenti arresti anomali e guasti, frode e credibilità del cliente sono tutti potenziali rischi di una cattiva sincronizzazione dell'ora del computer. I computer si basano sul tempo in quanto l'unico punto di riferimento tra gli eventi e molte applicazioni e processi dipende dal tempo.

Persino le discrepanze di pochi millisecondi tra i dispositivi possono causare problemi in particolare nel mondo della finanza globale, dove milioni di guadagni vengono persi o persi in un secondo. Per questo motivo la maggior parte delle reti di computer sono controllate da a ora del server. Questi dispositivi ricevono un segnale orario da un orologio atomico. Questo segnale viene quindi distribuito a tutti i dispositivi sulla rete, assicurando che tutte le macchine abbiano lo stesso tempo.

La maggior parte dei dispositivi di sincronizzazione è controllata dal programma del computer NTP (Network Time Protocol). Questo software verifica regolarmente la deriva di ciascun dispositivo (rallentando o accelerando dal tempo desiderato) e lo corregge assicurando che i dispositivi non oscillino mai dal tempo sincronizzato.

Sincronizzazione oraria è ora parte integrante dell'amministrazione di rete. Le reti che non sono sincronizzate con l'ora UTC (Coordinated Universal Time) vengono isolate; non è in grado di elaborare transazioni sensibili o di comunicare in modo sicuro con altre reti.

Ora UTC è stato sviluppato per consentire all'intero globo di comunicare in un unico arco temporale ed è basato sul tempo indicato da orologi atomici.

Per sincronizzarsi con l'ora UTC, molti amministratori di rete si collegano semplicemente a una sorgente di temporizzazione su Internet e presumono che stiano ricevendo una fonte sicura di ora UTC. Tuttavia, ci sono delle insidie ​​in questo e qualsiasi rete che richiede sicurezza non dovrebbe MAI utilizzare Internet come una fonte di temporizzazione:

1. Per utilizzare una sorgente di sincronizzazione di Internet, è necessario inoltrare una porta nel firewall. Questo "buco" per consentire il passaggio delle informazioni temporali può essere utilizzato anche da chiunque altro.
2. NTP (Network Time Protocol) ha una misura di sicurezza incorporata chiamata autenticazione che garantisce che una fonte temporale sia esattamente chi dice di essere, questo non può essere utilizzato su Internet.
3. Le fonti di sincronizzazione di Internet sono del tutto imprecise. Un sondaggio di Nelson Minar del MIT (Massachusetts Institute of Technology) ha scoperto che meno della metà erano abbastanza vicini al tempo UTC per essere descritti come affidabili (alcuni in cui minuti e anche ore!).
4. La distanza attraverso Internet può rendere inutile anche una fonte di temporizzazione Internet estremamente accurata, poiché la distanza dal cliente potrebbe causare ritardi.
5. Un time server dedicato utilizzerà una radio di segnale di temporizzazione GPS che può essere controllata per garantire la precisione, fornendo sicurezza e protezione legale; le fonti di cronometria di Internet non possono.

dedito NTP time server non solo offre una maggiore protezione e sicurezza rispetto alle fonti di orario di Internet. Offrono inoltre un'accuratezza sfrenata con entrambe le trasmissioni radio GPS e di tempo e frequenza (come MSF, DCF o WWVB) accurate in pochi millisecondi di ora UTC.

GPS time server sono server di tempo di rete che ricevono un segnale di temporizzazione dalla rete GPS e lo distribuiscono tra tutti i dispositivi su una rete assicurando che l'intera rete sia sincronizzata.

Il GPS è una fonte di tempo ideale poiché un segnale GPS è disponibile ovunque nel mondo. GPS sta per Global Positioning System, la rete GPS è di proprietà delle forze armate statunitensi e controllata e gestita dall'aviazione statunitense (ala spaziale). Tuttavia, dal momento che il compianto 1980 è stato aperto alla popolazione civile mondiale come strumento per aiutare la navigazione.

La rete GPS è in realtà una costellazione di satelliti 32 che orbitano attorno alla Terra, non forniscono effettivamente informazioni di posizionamento (i ricevitori GPS lo fanno) ma trasmettono dai loro orologi atomici integrati un segnale di temporizzazione.

Questo segnale di temporizzazione è ciò che viene usato per elaborare una posizione globale triangolando i segnali di temporizzazione 3-4, un ricevitore può calcolare la distanza e quindi la posizione da un satellite. In sostanza quindi, un satellite di posizionamento globale è solo un orologio orbitante ed è questa informazione che viene trasmessa che può essere rilevata da un time server GPS e distribuita tra una rete.

Mentre in senso stretto il tempo GPS non è lo stesso della scala cronologica universale UTC (tempo universale coordinato), a GPS ora del server convertirà automaticamente il formato dell'ora in UTC.

Un time server GPS può fornire un'accuratezza sfrenata con reti in grado di mantenere la precisione entro pochi millisecondi di UTC.