Tutti noi ci affidiamo al tempo per pianificare le nostre giornate. Orologi da polso, orologi da parete e persino il lettore DVD ci dicono tutto il tempo ma, a volte, questo non è abbastanza accurato, soprattutto quando il tempo deve essere sincronizzato.

Esistono molte tecnologie che richiedono precisione estremamente precisa tra i sistemi, dalla navigazione satellitare a molte applicazioni Internet, il tempo preciso sta diventando sempre più importante.

Tuttavia, raggiungere la precisione non è sempre semplice, soprattutto nelle moderne reti di computer. Mentre tutti i sistemi di computer hanno orologi incorporati, questi non sono pezzi di tempo precisi ma oscillatori a cristallo standard, la stessa tecnologia utilizzata in altri orologi elettronici.

Il problema di affidarsi a orologi di sistema come questo è che sono inclini alla deriva e su una rete composta da centinaia o migliaia di macchine, se gli orologi stanno andando alla deriva ad una velocità diversa - il caos può presto verificarsi. Le e-mail vengono ricevute prima che vengano inviate e le applicazioni critiche per il tempo non riescono.

Gli orologi atomici sono i pezzi di tempo più accurati in giro ma questi sono strumenti di laboratorio su larga scala e sono poco pratici (e molto costosi) per essere usati dalle reti di computer.

Tuttavia, i laboratori di fisica come il Nord America NIST (National Institute of Standards and Time) hanno orologi atomici da cui trasmettono segnali orari. Questi segnali orari possono essere utilizzati dalle reti di computer ai fini della sincronizzazione.

In Nord America, viene chiamato il codice temporale trasmesso dal NIST WWVB e viene trasmesso da Boulder, in Colorado, sull'onda lunga di 60Hz. Il codice temporale contiene l'anno, il giorno, l'ora, i minuti, il secondo e, dato che è una fonte di UTC, qualsiasi secondo intercalare aggiunto per garantire la parità con la rotazione della Terra.

Ricevere il segnale WWVB e utilizzarlo per sincronizzare una rete di computer è semplice. I server orari della rete di riferimento radio possono ricevere questa trasmissione in tutto il Nord America e utilizzando il protocollo NTP (Network Time Protocol).

Un dedicato NTP time server in grado di ricevere il segnale WWVB è in grado di sincronizzare centinaia e persino migliaia di dispositivi diversi con il segnale WWVB assicurando che ognuno sia entro pochi millisecondi di UTC.

Gli orologi atomici sono il massimo in termini di dispositivi di cronometraggio. La loro accuratezza è incredibile in quanto un orologio atomico non andrà alla deriva di neanche un secondo nell'arco di un milione di anni, e quando questo viene confrontato con i successivi migliori cronometri, come un orologio elettronico che può andare alla deriva di un secondo in una settimana, un orologio atomico è incredibilmente più preciso.

Gli orologi atomici sono usati in tutto il mondo e sono il cuore di molte tecnologie moderne che rendono possibile una moltitudine di applicazioni che diamo per scontate. Il trading su Internet, la navigazione satellitare, il controllo del traffico aereo e le operazioni bancarie internazionali sono tutte industrie su cui si basa molto

Governano anche la scala cronologica del mondo, UTC (Coordinated Universal Time), che è mantenuta fedele da una costellazione di questi orologi (anche se l'UTC deve essere adattato per contenere il rallentamento della rotazione della Terra aggiungendo secondi bisestili).

Spesso le reti di computer devono essere sincronizzate con l'UTC. Questa sincronizzazione è di vitale importanza nelle reti che conducono transazioni sensibili al fattore tempo o richiedono elevati livelli di sicurezza.

Una rete di computer senza sincronizzazione temporale adeguata può causare numerosi problemi, tra cui:

Perdita di dati

• Difficoltà nell'identificazione e nella registrazione degli errori
• Aumento del rischio di violazioni della sicurezza.
• Impossibile eseguire transazioni sensibili al tempo

Per questi motivi, molte reti di computer devono essere sincronizzate con una sorgente di UTC e mantenute il più accurate possibile. E anche se gli orologi atomici sono grandi dispositivi ingombranti tenuti nei confini dei laboratori di fisica, utilizzarli come fonte di tempo è incredibilmente semplice.

Network Time Protocol (NTP) è un protocollo software progettato esclusivamente per la sincronizzazione di reti e sistemi informatici e utilizzando a server NTP dedicato il tempo da un orologio atomico può essere ricevuto dal server del tempo e distribuito sulla rete usando NTP.

NTP server uso le frequenze radio e più comunemente i segnali dei satelliti GPS per ricevere i segnali di temporizzazione dell'orologio atomico che vengono poi diffusi attraverso la rete con NTP regolando regolarmente ciascun dispositivo per garantire che sia il più preciso possibile.

La sincronizzazione delle moderne reti di computer è di vitale importanza per una moltitudine di ragioni e grazie al protocollo temporale NTP (Network Time Protocol) questo è relativamente semplice.

NTP è un protocollo algoritmico che analizza il tempo su diversi computer e lo confronta con un riferimento temporale singolo e regola ciascun clock per la deriva per garantire la sincronizzazione con la sorgente del tempo. NTP è così capace in questo compito che una rete sincronizzata usando il protocollo può realisticamente ottenere una precisione millisecondo.

Scelta dell'origine dell'orario

Quando si tratta di stabilire un riferimento temporale, non c'è alternativa che trovare una fonte di UTC (Coordinated Universal Time). UTC è la scala cronologica globale, utilizzata in tutto il mondo come un'unica scala cronologica dalle reti di computer. UTC è tenuto accurato da una costellazione di orologi atomici in tutto il mondo.

Sincronizzazione con UTC

Il metodo più basilare per la ricezione dell'origine ora UTC consiste nell'utilizzare un server orario 2 di strato. Questi sono considerati come 2 quando distribuiscono il tempo dopo averlo ricevuto da a Server NTP (strato 1) che è collegato a un orologio atomico (strato 0). Sfortunatamente questo non è il metodo più accurato per ricevere UTC a causa di la distanza che i dati devono percorrere dall'host al cliente.

Ci sono anche problemi di sicurezza nell'utilizzo di una sorgente 2 di Internet stratum in cui la porta UDP del firewall 123 deve essere lasciata aperta per ricevere il codice temporale, ma questa apertura del firewall può, ed è stata, sfruttata dagli utenti malintenzionati.

Server NTP dedicati

Dedicato time server NTP, spesso definiti server di rete, sono il metodo più preciso e sicuro per sincronizzare una rete di computer. Funzionano esternamente alla rete quindi non ci sono problemi con il firewall. Questi dispositivi 1 di strato ricevono il tempo UTC direttamente da una sorgente di clock atomico mediante trasmissioni radio a onde lunghe o Rete GPS (Global Positioning System). Mentre questo richiede un'antenna, che nel caso del GPS deve essere posizionata su un tetto, il server del tempo stesso sincronizzerà automaticamente centinaia e addirittura migliaia di dispositivi diversi sulla rete.

Cronometraggio Accurate se piuttosto spesso trascurato come una priorità per gli amministratori di rete, molti rischiano sia la sicurezza che la perdita di dati non assicurando che le loro reti siano sincronizzate nel modo più preciso possibile.

I computer hanno i propri orologi hardware, ma questi sono spesso semplici oscillatori elettronici come quelli esistenti negli orologi digitali e sfortunatamente questi orologi di sistema sono soggetti a deriva, spesso anche di alcuni secondi in una settimana.

L'esecuzione di diverse macchine su una rete che hanno tempi diversi, anche solo di pochi secondi, può causare il caos in quanto così tante attività del computer si basano sul tempo. Il tempo, sotto forma di timestamp, è l'unico computer di riferimento utilizzato per distinguere tra diversi eventi e il fallimento di sincronizzare con precisione una rete può portare a tutti i tipi di problemi indicibili.

Ecco alcuni dei principali motivi per cui la tua rete dovrebbe essere sincronizzata usando Network Time Protocol, prefasibilmente con a NTP time server.

Backup dei dati - fondamentale per salvaguardare i dati in qualsiasi azienda o organizzazione, la mancanza di sincronizzazione può portare non solo a fallire il backup, ma a versioni più vecchie di file che sostituiscono versioni più moderne.

Attacchi malevoli - non importa quanto sia sicura una rete, qualcuno, da qualche parte, potrà accedere alla rete, ma senza una sincronizzazione accurata potrebbe diventare impossibile scoprire quali compromessi sono stati effettuati e inoltre consentire agli utenti non autorizzati di avere più tempo all'interno di una rete per devastare.

Registrazione errori - quando si verificano errori, e inevitabilmente lo fanno, i registri di sistema contengono tutte le informazioni per identificare e correggere i problemi. Tuttavia, se i registri di sistema non sono sincronizzati a volte può essere impossibile capire cosa è andato storto e quando.

Trading Online - L'acquisto e la vendita su Internet è ormai all'ordine del giorno e in alcune aziende migliaia di transazioni online sono condotte ogni secondo, dalla prenotazione del posto all'acquisto di azioni e alla mancanza di sincronizzazione accurata può provocare tutti i tipi di errori nel trading online, come gli oggetti acquistati o venduti più di una volta.

Conformità e legalità - Molti sistemi di regolamentazione industriale richiedono un metodo di controllo verificabile e accurato. Una rete non sincronizzata sarà inoltre vulnerabile a problemi legali poiché l'ora esatta in cui si presume che un evento si sia verificato non può essere dimostrata.

Quando hai contato il capodanno per segnare l'inizio dell'anno successivo hai iniziato da 10 o 11? La maggior parte dei festaioli avrebbe fatto il conto alla rovescia da dieci, ma quest'anno sarebbero stati prematuri perché c'era un secondo in più aggiunto l'anno scorso - il secondo bisestile.

I secondi di salto vengono normalmente inseriti una o due volte l'anno (normalmente a Capodanno e a giugno) per garantire la scala temporale globale UTC (Coordinated Universal Time) coincide con il giorno astronomico.

I secondi di salto sono stati utilizzati da quando UTC è stato implementato per la prima volta e sono il risultato diretto della nostra accuratezza nel cronometraggio. Il problema è che moderno orologi atomici sono dispositivi di indicazione del tempo molto più precisi rispetto alla terra stessa. È stato notato quando gli orologi atomici sono stati sviluppati per la prima volta che la lunghezza di un giorno, una volta pensata per essere esattamente 24 ore, variava.

Le variazioni sono causate dalla rotazione terrestre che è influenzata dalla gravità della luna e dalle forze di marea della Terra, che rallentano minutamente la rotazione terrestre.

Questo rallentamento rotazionale, mentre è solo minuscolo, se non viene controllato, il giorno dell'UTC andrebbe presto alla deriva nella notte astronomica (anche se in diverse migliaia di anni).

La decisione sulla necessità di un secondo bisestile è il mandato del servizio internazionale di rotazione della terra (IERS), tuttavia, i secondi di salto non sono popolari con tutti e possono causare potenziali problemi quando vengono introdotti.

UTC è usato da NTP time server (Network Time Protocol) come riferimento temporale per sincronizzare reti di computer e altre tecnologie e l'interruzione di secondi Leap può causare non è considerata la seccatura.

Tuttavia, altri, come gli astronomi, sostengono che non riuscire a mantenere l'UTC in linea con il giorno astronomico renderebbe quasi impossibile lo studio dei cieli.

L'ultimo secondo inserito prima di questo era in 2005, ma ci sono stati un totale di 23 secondi aggiunti a UTC da 1972.

Continua ...

Tuttavia, ci sono alcune occasioni in cui un time server può perdere la connessione con l'orologio atomico e non ricevere il codice temporale per un periodo prolungato di tempo. A volte ciò può dipendere dal tempo di inattività dei controller dell'orologio atomico per la manutenzione o dal fatto che le interferenze vicine stanno bloccando la trasmissione.

Ovviamente più lungo è il segnale è giù più potenziale deriva potrebbe verificarsi sulla rete come l'oscillatore di cristallo nel Server NTP è l'unica cosa che tiene il tempo. Per la maggior parte delle applicazioni questo non dovrebbe mai essere un problema in quanto il periodo più lungo di downtime non è normalmente più di tre o quattro ore e il server NTP non sarebbe andato alla deriva di molto in quel momento e il verificarsi di questo downtime è abbastanza raro (forse una volta o due volte all'anno).

Tuttavia, per alcune applicazioni di fascia alta estremamente precise, gli oscillatori a cristallo di rubidio stanno iniziando a essere utilizzati in quanto non si spostano tanto quanto il quarzo. Rubidio (spesso usato in orologi atomici loro stessi invece del cesio) è molto più preciso di un oscillatore rispetto al quarzo e fornisce una migliore precisione per quando non c'è segnale a a NTP time server consentendo alla rete di mantenere un tempo più preciso.

Il rubidio stesso è un metallo alcalino, simile nelle proprietà del potassio. È leggermente radioattivo, sebbene non costituisca un rischio per la salute umana (ed è spesso usato nell'imaging medico iniettandolo in un paziente). Ha un'emivita di 49 miliardi di anni (il tempo necessario per decadere della metà - in confronto alcuni dei materiali radioattivi più letali hanno un'emivita di meno di un secondo).

L'unico vero pericolo rappresentato dal rubidio è che reagisce piuttosto violentemente all'acqua e può causare un incendio

Gli oscillatori sono stati essenziali nello sviluppo di orologi e cronologia. Gli oscillatori sono solo circuiti elettronici che producono un segnale elettronico ripetitivo. Spesso i cristalli come il quarzo vengono utilizzati per stabilizzare la frequenza dell'oscillazione,

Gli oscillatori sono la tecnologia principale dietro gli orologi elettronici. Gli orologi digitali e l'orologio analogico alimentato a batteria sono tutti controllati da un circuito oscillante che di solito contiene un cristallo di quarzo.

E mentre gli orologi elettronici sono molte volte più accurati di un orologio meccanico, un oscillatore al quarzo andrà ancora alla deriva di un secondo o due alla settimana.

Gli orologi atomici ovviamente sono molto più accurati. Tuttavia, usano comunque oscillatori, più comunemente cesio o rubidio, ma lo fanno in uno stato iper fine spesso congelato in azoto liquido o elio. Questi orologi rispetto agli orologi elettronici non andranno alla deriva di un secondo nemmeno tra un milione di anni (e con i più moderni orologi atomici 100 milioni di anni).

Per utilizzare questa precisione cronologica un server orario di rete che utilizza NTP (Network Time Protocol) può essere utilizzato per sincronizzare reti complete di computer. NTP server utilizzare un segnale orario dal GPS o dalla radio a onde lunghe che proviene direttamente da un orologio atomico (nel caso del GPS l'ora viene generata in un orologio a bordo del satellite GPS).

NTP server controlla continuamente questa fonte di tempo e poi aggiusta i dispositivi su una rete per abbinarli. Tra un sondaggio e l'altro (ricevendo la sorgente del tempo) viene utilizzato un oscillatore standard dal server del tempo per mantenere il tempo. Normalmente questi oscillatori sono al quarzo ma poiché il server del tempo è in comunicazione regolare con l'orologio atomico, ogni minuto o due, la deriva normale di un oscillatore al quarzo non è un problema poiché pochi minuti tra i sondaggi non portano a nessuna deriva misurabile.

To be continued ...

Non importa dove siamo nel mondo, tutti noi abbiamo bisogno di conoscere l'ora ad un certo punto della giornata, ma mentre ogni giorno dura per lo stesso tempo, non importa dove ti trovi sulla Terra, la stessa scala temporale non viene usata globalmente.

L'impraticabilità degli australiani che devono svegliarsi a 17.00 o quelli negli Stati Uniti che devono iniziare a lavorare su 14.00 escluderebbero di citare in giudizio una singola scala temporale, sebbene l'idea sia stata discussa quando il Greenwich è stato nominato il primo meridiano ufficiale (dove la linea di trasmissione è ufficialmente) per il mondo alcuni 125 anni fa.

Mentre l'idea di una scala cronologica globale è stata respinta per le ragioni sopra esposte, è stato successivamente deciso che le linee longitudinali 24 avrebbero diviso il mondo in diversi fusi orari. Questi provengono dal GMT in giro con quelli sul lato opposto del pianeta che sono + 12 ore.

Tuttavia, grazie alla crescita delle comunicazioni globali di 1970, è stata finalmente adottata una scala cronologica universale che è ancora oggi molto utile nonostante molte persone non ne abbiano mai sentito parlare.

UTC, Coordinated Universal Time, è basato sul GMT (Greenwich Meantime) ma è mantenuto da una costellazione di orologi atomici. Conta anche per le variazioni della rotazione terrestre con secondi aggiuntivi noti come "secondi bisestili" aggiunti una volta due volte l'anno per contrastare il rallentamento della rotazione terrestre causata da forze gravitazionali e di marea.

Mentre la maggior parte delle persone non ha mai sentito parlare di UTC o la usa direttamente sulla sua vita in innegabile con reti di computer tutte sincronizzate con UTC tramite NTP time server (Network Time Protocol).

Senza questa sincronizzazione a una singola scala temporale molte delle tecnologie e applicazioni che oggi diamo per scontate sarebbero impossibili. Tutto, dal trading globale su azioni e condivisioni, allo shopping su Internet, alla posta elettronica e ai social network, è reso possibile solo grazie a UTC e NTP time server.

Il segnale DCF 77 è una trasmissione a onde lunghe trasmessa da 77 KHz da Francoforte in Germania. DCF -77 è trasmesso da Physikalisch-Technische Bundesanstalt, il laboratorio nazionale tedesco di fisica.

DCF-77 è un'origine precisa dell'ora UTC ed è generata da orologi atomici che ne assicurano la precisione. DCF-77 è un'utile fonte di tempo che può essere adottata in tutta Europa con tecnologie che richiedono un riferimento temporale preciso.

Orologi radiocontrollati e Network Time Server ricevere il segnale orario e nel caso di time server distribuire questo segnale orario attraverso una rete di computer. La maggior parte della rete di computer utilizza NTP per distribuire il segnale orario DCF 77.

Ci sono vantaggi nell'utilizzare un segnale come DCF per la sincronizzazione dell'ora. DCF è un'onda lunga ed è quindi suscettibile alle interferenze di altri dispositivi elettrici, ma può penetrare negli edifici che danno al segnale DCF un vantaggio rispetto a quell'altra fonte di tempo UTC generalmente disponibile - GPS (Global Positioning System) - che richiede una visione aperta del cielo per ricevere trasmissioni satellitari.

Altri segnali radio a onde lunghe sono disponibili in altri paesi simili a DCF-77. Nel Regno Unito il segnale MSF -60 viene trasmesso da NPL (National Physical Laboratory) dalla Cumbria mentre negli Stati Uniti, il NIST (National Institute of Standards and Time) trasmette il segnale WVBB da Boulder, in Colorado.

NTP time server sono un metodo efficiente per ricevere queste trasmissioni a onda lunga e quindi utilizzare il time code come sorgente di sincronizzazione. NTP server può ricevere DCF, MSF e WVBB e molti di loro sono anche in grado di ricevere il segnale GPS.

Fin dai primi giorni della rivoluzione industriale, quando le linee ferroviarie e il telegrafo si estendevano attraverso i fusi orari, divenne chiaro che era necessario un lasso di tempo globale che consentisse di usare lo stesso tempo, indipendentemente da dove ti trovassi nel mondo.

Il primo tentativo in un tempo globale è stato GMT - Nel frattempo a Greenwich. Questo era basato sul meridiano di Greenwich dove il sole è direttamente sopra a 12 a mezzogiorno. Il GMT è stato scelto, principalmente per l'influenza dell'impero britannico sul resto del mondo.

Altri tempi erano stati sviluppati come British Railway Time, ma GMT era la prima volta che un sistema di tempo veramente globale veniva usato in tutto il mondo.

Il GMT rimase come la scala temporale globale nella prima metà del XX secolo, sebbene la gente iniziò a fare riferimento a UT (Universal Time).

Tuttavia, quando gli orologi atomici furono sviluppati nella metà del XX secolo, divenne presto chiaro che GMT non era abbastanza accurato. Per rappresentare questi nuovi cronometri accurati, era auspicabile una scala temporale globale basata sul tempo indicato dagli orologi atomici.

L'International Atomic Time (TAI) fu sviluppato per questo scopo ma presto divennero evidenti problemi nell'uso di orologi atomici.

Si pensava che la rivoluzione della Terra sul suo asse fosse esattamente una 24 ore. Ma grazie agli orologi atomici è stato scoperto che lo spin della Terra varia e dal momento che gli 1970 hanno rallentato. Questo rallentamento della rotazione terrestre doveva essere tenuto in conto altrimenti le discrepanze potrebbero accumularsi e la notte andrebbe lentamente alla deriva nel giorno (anche se in molti millenni).

Coordinated Universal Time è stato sviluppato per contrastare questo. Basato su TAI e GMT, UTC consente il rallentamento della rotazione della Terra aggiungendo secondi bisestili ogni anno o due (e talvolta due volte l'anno).

UTC è ora un vero calendario globale ed è adottato da nazioni e tecnologie in tutto il mondo. Le reti di computer sono sincronizzate con UTC tramite Network Time Server e usano il protocollo NTP per garantire la precisione.