Sincronizzazione oraria è estremamente importante per le moderne reti di computer. In alcuni settori la sincronizzazione temporale è assolutamente vitale soprattutto quando si tratta di tecnologie come il controllo del traffico aereo o la navigazione marittima, dove centinaia di vite potrebbero essere messe a rischio per mancanza di tempo preciso.

Anche nel mondo finanziario, la sincronizzazione dell'ora corretta è vitale in quanto milioni possono essere aggiunti o cancellati ogni volta dai prezzi delle azioni. Per questo motivo il mondo intero aderisce a una scala temporale globale conosciuta come tempo universale coordinato (UTC). Tuttavia, aderendo a UTC e mantenendo UTC precisi sono due cose diverse.

La maggior parte degli orologi per computer sono semplici oscillatori che andranno lentamente alla deriva più velocemente o più lentamente. Sfortunatamente questo significa che, non importa quanto siano precisi il lunedì, saranno svaniti entro venerdì. Questa deriva potrebbe essere solo una frazione di secondo, ma presto non ci vorrà molto perché l'ora UTC sia di circa un secondo.

In molti settori questo non può significare una questione di vita o di morte per la perdita di milioni di azioni e azioni, ma la mancanza di sincronizzazione temporale può avere conseguenze impreviste, come lasciare un'azienda meno protetta dalle frodi. Tuttavia, ricevere e mantenere il tempo UTC reale è abbastanza semplice.

dedito Network Time Server sono disponibili che utilizza il protocollo NTP (Network Time Protocol) per controllare continuamente l'ora di una rete rispetto a una fonte di ora UTC. Questi dispositivi sono spesso indicati come un Server NTP, time server o time server di rete. Il Server NTP regola costantemente tutti i dispositivi su una rete per garantire che le macchine non stiano andando alla deriva da UTC.

UTC è disponibile da diverse fonti tra cui la rete GPS. Questa è una fonte ideale di tempo UTC in quanto è sicura, affidabile e disponibile in tutto il mondo. UTC è disponibile anche tramite trasmissioni radiofoniche nazionali specializzate trasmesse da laboratori di fisica nazionale anche se non sono disponibili ovunque.

Quando diamo uno sguardo ai nostri orologi o all'orologio dell'ufficio spesso diamo per scontato che il tempo che ci viene dato sia corretto. Potremmo notare se i nostri orologi sono dieci minuti veloci o lenti, ma prestate poca attenzione se sono un secondo o due fuori.

Eppure per migliaia di anni l'umanità ha fatto grandi passi per ottenere sempre più orologi precisi i cui benefici sono abbondanti oggi nella nostra era di navigazione satellitare, NTP server, Internet e comunicazioni globali.

Per capire come misurare il tempo in modo accurato, è prima importante capire il concetto di tempo stesso. Il tempo, così come è stato misurato sulla Terra per millenni, è un concetto diverso dal tempo stesso che, come Einstein ci ha informato, era parte della trama dell'universo stesso in quello che descriveva come uno spazio-tempo quadridimensionale.

Tuttavia, abbiamo misurato storicamente il tempo basato non sul passare del tempo stesso ma sulla rotazione del nostro pianeta in relazione al Sole e alla Luna. Un giorno è diviso in parti uguali (ore) 24 ciascuna delle quali è divisa in 60 minuti e il minuto è diviso in 60 secondi.

Tuttavia, è stato ora realizzato che misurare il tempo in questo modo non può essere considerato accurato poiché la rotazione della Terra varia da un giorno all'altro. Tutti i tipi di variabili come le forze di marea, gli uragani, i venti solari e persino la quantità di neve ai poli influenza la velocità della rotazione terrestre. Infatti, quando i dinosauri hanno iniziato a vagabondare per la Terra, la durata di un giorno misurata ora sarebbe stata solo di 22 ore.

Ora basiamo il nostro cronometraggio sulla transizione degli atomi usando orologi atomici con un secondo basato su periodi 9,192,631,770 della radiazione emessa dalla transizione iperfina di un atomo di cesio unionizzato nello stato fondamentale. Anche se questo può sembrare complicato, in realtà è solo un "tick" atomico che non si altera mai e quindi può fornire un riferimento estremamente preciso su cui basare il nostro tempo.

Gli orologi atomici usano questa risonanza atomica e possono mantenere un tempo così preciso che un secondo non si perde nemmeno tra un miliardo di anni. Le moderne tecnologie traggono vantaggio da questa precisione consentendo a molte delle comunicazioni e del commercio globale di trarre vantaggio da oggi con l'utilizzo della navigazione satellitare, NTP server e il controllo del traffico aereo che cambia il modo in cui viviamo le nostre vite.

In un'epoca di orologi atomici e il Server NTP il cronometraggio è ora più preciso che mai con una precisione sempre crescente che ha permesso molte delle tecnologie e dei sistemi che ora diamo per scontati.

Mentre il cronometraggio è sempre stato una preoccupazione dell'umanità, è stato solo negli ultimi decenni che la vera accuratezza è stata possibile grazie all'avvento del orologio atomico.

Prima del tempo atomico, gli oscillatori elettrici come quelli trovati nell'orologio digitale medio erano la misura del tempo più accurata e mentre gli orologi elettronici come questi sono molto più precisi dei loro predecessori - gli orologi meccanici, possono ancora andare alla deriva fino a un secondo alla settimana .

Ma perché il tempo deve essere così preciso, dopo tutto, quanto può essere importante un secondo? Nella vita quotidiana delle nostre vite, un secondo non è così importante e gli orologi elettronici (e anche quelli meccanici) forniscono un cronometraggio adeguato alle nostre esigenze.

Nella nostra vita di tutti i giorni un secondo fa poca differenza, ma in molte applicazioni moderne un secondo può essere un'età.

La moderna navigazione satellitare è un esempio. Questi dispositivi possono individuare una posizione in qualsiasi punto della terra entro pochi metri. Eppure possono farlo solo a causa della natura ultra-precisa degli orologi atomici che controllano il sistema mentre il segnale orario inviato dai satelliti di navigazione viaggia alla velocità della luce che è quasi 300,000 km al secondo.

Dato che la luce può percorrere una distanza così grande in un secondo qualsiasi orologio atomico che governa un sistema di navigazione satellitare a un solo secondo di distanza, il posizionamento sarebbe inaccurato di migliaia di miglia, rendendo inutilizzabile il sistema di posizionamento.

Esistono molte altre tecnologie che richiedono un'accuratezza simile e anche molti dei modi in cui commerciamo e comunichiamo. Scorte e azioni oscillano su e giù ogni secondo e il commercio globale richiede che tutti in tutto il mondo debbano comunicare usando lo stesso tempo.

La maggior parte delle reti di computer sono controllate usando a Server NTP (Network Time Protocol). Questi dispositivi consentono alle reti di computer di utilizzare tutti lo stesso orario UTC basato su orologio atomico (tempo universale coordinato). Utilizzando UTC tramite un server NTP, le reti di computer possono essere sincronizzate in pochi millisecondi l'una dall'altra.

Organizzazione degli strati

I livelli di strato descrivono la distanza tra un dispositivo e l'orologio di riferimento. Ad esempio un orologio atomico basato su un laboratorio di fisica o un satellite GPS è un dispositivo 0 stratificato. UN strato 1 device è un time server che riceve il tempo da uno stratum 0 device quindi qualsiasi dedicato Server NTP è lo strato 1. I dispositivi che ricevono il tempo dal server del tempo come computer e router sono dispositivi 2 stratum.

NTP può supportare fino a livelli di strato 16 e sebbene vi sia una riduzione dell'accuratezza, i livelli stratosferici più lontani sono progettati per consentire alle enormi reti di ricevere tutto il tempo da un singolo server NTP senza causare congestione della rete o un blocco nella larghezza di banda .

Quando si utilizza a Server NTP è importante non sovraccaricare il dispositivo con richieste di tempo in modo che la rete debba essere divisa con un numero selezionato di macchine che accettano richieste dal Server NTP (il produttore del server NTP può raccomandare il numero di richieste che può gestire). Questi dispositivi 2 di strato possono essere utilizzati come riferimenti temporali per altri dispositivi (che diventano dispositivi 3 stratum) su reti molto grandi che possono quindi essere utilizzati come riferimenti temporali stessi.

NTP server sono uno strumento vitale per qualsiasi azienda che ha bisogno di comunicare a livello globale e in sicurezza. I server NTP distribuiscono Coordinated Universal Time (UTC), la scala cronologica globale del mondo basata sul tempo altamente preciso indicato dagli orologi atomici.

NTP (Network Time Protocol) è il protocollo utilizzato per distribuire l'ora UTC su una rete, garantendo inoltre che tutto il tempo sia preciso e stabile. Tuttavia, ci sono molte insidie ​​nella creazione di a Rete NTP, ecco i più comuni:

Usando la fonte temporale corretta

Raggiungere la fonte temporale più adatta è fondamentale per la creazione di una rete NTP. La sorgente del tempo verrà distribuita tra tutte le macchine e i dispositivi su una rete, quindi è fondamentale non solo essere accurata, ma anche stabile e sicura.

Molti amministratori di sistema tagliano gli angoli con un'origine temporale. Alcuni decideranno di utilizzare una sorgente temporale basata su Internet, anche se questi non sono sicuri in quanto il firewall richiederà un'apertura e anche molte fonti internet sono del tutto imprecise o troppo lontane per offrire una precisione utile.

Esistono due metodi altamente sicuri per la ricezione dell'origine ora UTC. Il primo è utilizzare la rete GPS che, sebbene non trasmetta UTC, Ora GPS è basato sul tempo atomico internazionale ed è quindi facile da convertire in NTP. Anche i segnali orari GPS sono facilmente disponibili in tutto il mondo.

Il secondo metodo consiste nell'utilizzare i segnali radio a onde lunghe trasmessi da alcuni laboratori fisici nazionali. Questi segnali, tuttavia, non sono disponibili in tutti i paesi e hanno una portata limitata e sono suscettibili alle interferenze e alla topografia locale.

Network Time Protocol è stato sviluppato per mantenere sincronizzati i computer. Tutti i computer sono inclini alla deriva e la tempistica accurata è essenziale per molte applicazioni critiche.

Una versione di NTP è installata sulla maggior parte delle versioni di Windows (sebbene una versione ridotta di SNTP -Simplified NTP- sia nelle versioni precedenti) e Linux, ma è scaricabile gratuitamente da NTP.org.

Quando si sincronizza una rete, è preferibile utilizzare un indirizzo dedicato Server NTP che riceve una fonte temporale da un orologio atomico tramite trasmissioni radiofoniche specialistiche o il Rete GPS. Tuttavia, sono disponibili molti riferimenti temporali su Internet, alcuni più affidabili di altri, sebbene sia necessario notare che le origini dell'orario basate su Internet non possono essere autenticate da NTP, lasciando il computer vulnerabile alle minacce.

NTP è gerarchico e disposto in strato. Stratum 0 è un riferimento temporale, mentre lo strato 1 è un server collegato a una sorgente di temporizzazione 0 dello strato e uno strato 2 è un computer (o dispositivo) collegato a un server 1 di strato.

La configurazione di base di NTP viene eseguita utilizzando il file /etc/ntp.conf che deve essere modificato e posizionare l'indirizzo IP dei server stratum 1 e stratum 2. Ecco un esempio di un file ntp.conf di base:

il server xxx.yyy.zzz.aaa preferisce (indirizzo del server del tempo come time.windows.com)

Server 123.123.1.0

server 122.123.1.0 strato 3

Driftfile / etc / ntp / drift

Il file ntp.conf di base elenca i server 2, uno che desidera sincronizzare e un indirizzo IP per se stesso. È buona norma avere più di un server come riferimento nel caso uno vada giù.

Un server con il tag "prefer" viene utilizzato per una fonte attendibile che garantisce che NTP utilizzerà sempre quel server quando possibile. L'indirizzo IP verrà utilizzato in caso di problemi quando NTP si sincronizzerà con se stesso. Il file deriva è dove NTP costruisce un record del tasso di deriva dell'orologio di sistema e si regola automaticamente per questo.

NTP regolerà l'ora del tuo sistema ma solo lentamente. NTP attenderà almeno dieci pacchetti di informazioni prima di fidarsi dell'origine del tempo. Per testare l'NTP, è sufficiente cambiare l'orologio di sistema di mezz'ora alla fine della giornata e l'ora della mattina dovrebbe essere corretta.

Tempo preciso utilizzando Orologi atomici è disponibile in tutto il Nord America usando il WWVB Orologio atomico segnale trasmesso da Fort Collins, Colorado; fornisce la possibilità di sincronizzare l'ora su computer e altre apparecchiature elettriche.

Il segnale WWVB nordamericano è gestito da NIST - l'Istituto nazionale degli standard e della tecnologia. WWVB ha un'elevata potenza del trasmettitore (50,000 watt), un'antenna molto efficiente e una frequenza estremamente bassa (60,000 Hz). Per confronto, una tipica stazione radio AM trasmette ad una frequenza di 1,000,000 Hz. La combinazione di alta potenza e bassa frequenza dà alle onde radio di WWVB un grande balzo, e questa singola stazione può quindi coprire gli interi Stati Uniti continentali e gran parte del Canada e dell'America Centrale.

I codici temporali vengono inviati da WWVB utilizzando uno dei sistemi più semplici possibili e con una velocità di trasmissione dati molto bassa di un bit al secondo. Il segnale 60,000 Hz viene sempre trasmesso, ma ogni secondo viene significativamente ridotto in potenza per un periodo di 0.2, 0.5 o 0.8 secondi: • 0.2 secondi di potenza ridotta significa uno zero binario • 0.5 secondi di potenza ridotta sono binari. • 0.8 secondi di potenza ridotta è un separatore. Il codice temporale viene inviato in formato BCD (codice binario decimale) e indica i minuti, le ore, il giorno dell'anno e l'anno, insieme alle informazioni sull'ora legale e sugli anni bisestili.

Il tempo viene trasmesso usando i bit 53 e i separatori 7, e quindi richiede 60 secondi per trasmettere. Un orologio o un orologio può contenere un'antenna e un ricevitore estremamente piccoli e relativamente semplici per decodificare le informazioni nel segnale e impostare il tempo dell'orologio in modo accurato. Tutto ciò che devi fare è impostare il fuso orario e l'orologio atomico visualizzerà l'ora corretta.

dedito NTP time server che sono sintonizzati per ricevere il segnale orario WWVB sono disponibili. Questi dispositivi si connettono a una rete di computer come qualsiasi altro server solo questi ricevono il segnale di temporizzazione e lo distribuiscono ad altre macchine sulla rete usando NTP (Network Time Protocol).

A mezzanotte di stasera verrà aggiunto un secondo extra come raccomandato dal servizio internazionale di rotazione terrestre e sistemi di riferimento (IERS). Ciò significa che per l'ultimo minuto di 2008 ci saranno 61 secondi.

Secondi Leap sono stati aggiunti quasi ogni anno dall'inizio del UTC (Coordinated Universal Time) negli 1970. Il secondo extra viene aggiunto per garantire che UTC continui a essere sincronizzato con GMT (Greenwich Meantime o talvolta chiamato UT1). GMT è il tradizionale sistema di ore 24 in cui un giorno è definito come la rotazione della Terra che impiega 86,400 secondi per una rivoluzione completa.

Sfortunatamente la Terra può spesso essere un po 'tardiva nel suo giro e se i secondi extra non fossero aggiunti alla fine dell'anno per compensare alla fine i due sistemi (UTC e GMT) andrebbero alla deriva. In un millennio la differenza di fuso orario sarebbe solo di un'ora, ma molti sostengono che un sistema temporale che non corrisponde al movimento dei cieli sarebbe irrazionale e occupazioni come l'agricoltura e l'astronomia sarebbero rese più difficili.

Tuttavia, non tutti la vedono in questo modo con alcuni che sostengono che le reti di computer di tutto il mondo sono sincronizzate con l'UTC NTP server poi il brivido del secondo extra causa incalcolabili problemi.

Ora un gruppo all'interno dell'International Telecommunications Union, chiamato ha raccomandato di abolire il secondo salto. Membro del gruppo Elisa Felicitas Arias, del Ufficio internazionale dei pesi e misure a Parigi, in Francia, sostiene che un calendario che non ha bisogno di un regolare tweaking è essenziale in un mondo sempre più interconnesso. Inoltre, dice, le navi e gli aerei ora navigano tramite GPS piuttosto che con il vecchio sistema temporale. Il GPS funziona con una versione di tempo atomico.

L'anno prossimo, gli Stati membri dell'UIT voteranno la proposta. Se 70 per cento sostiene l'idea, una decisione ufficiale sarà presa alla World Radio Conference in 2011. Secondo un rapporto scritto da Felicitas Arias, la maggior parte degli Stati membri sostiene l'idea. Il Regno Unito, tuttavia, è contrario alla rielaborazione delle sue leggi, che includono la scala solare Greenwich Mean Time. Senza l'abolizione del Regno Unito potrebbe essere difficile, dice Felicitas Arias.

"In teoria, aggiungere un secondo è facile come capovolgere un interruttore; in pratica, funziona raramente in questo modo ", afferma Dennis McCarthy del Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti, che fornisce lo standard del tempo usato dai militari statunitensi. Molto probabilmente sono interessati i sistemi IT che richiedono una precisione inferiore a un secondo. In 1998, due secondi fa, le comunicazioni via cellulare si sono oscurate su parte degli Stati Uniti meridionali. Diverse regioni di servizio erano scivolate in tempi leggermente diversi, impedendo il corretto inoltro dei segnali.

Tutte le citazioni attribuite al BBC

Fino a 1967 il secondo era definito usando il movimento della Terra che ruota una volta sul suo asse ogni 24 ore, e ci sono 3,600 secondi in quell'ora e 86,400 in 24.

Sarebbe bene se la terra fosse puntuale, ma in realtà non lo è. La velocità di rotazione della Terra cambia ogni giorno di migliaia di nanosecondi, e questo è dovuto in gran parte al vento e alle onde che ruotano attorno alla Terra e causano la resistenza.

Nel corso di migliaia di giorni, questi cambiamenti nella velocità di rotazione possono far sì che la rotazione della Terra non si sincronizzi con gli orologi atomici ad alta precisione che usiamo per mantenere il sistema UTC (Coordinated Universal Timespuntando. Per questo motivo la rotazione della Terra viene monitorata e sincronizzata usando i lampi lontani da un tipo di stella collassata chiamata quasar che lampeggia con un ritmo ultra preciso a molti milioni di anni luce di distanza. Monitorando lo spin della Terra contro questi oggetti lontani si può capire quanto la rotazione abbia rallentato.

Una volta che è stato creato un secondo di rallentamento, The International Earth Rotation Service (IERS), raccomanda a Leap Second da aggiungere, di solito alla fine dell'anno.

Altre complicazioni sorgono quando si tratta di sincronizzazione la Terra in una scala temporale. In 1905, la teoria della relatività di Albert Einstein ha dimostrato che non esiste una cosa come il tempo assoluto. Ogni orologio, in ogni parte dell'universo, fa tic tac ad una velocità diversa. Per il GPS, questo è un problema enorme perché si scopre che gli orologi sui satelliti si spostano di quasi 40,000 al nanosecondo al giorno rispetto agli orologi a terra perché sono alti sopra la superficie terrestre (e quindi in un campo gravitazionale più debole) e si muovono velocemente rispetto al terreno.

E dato che la luce può viaggiare a quarantamila piedi in quel momento, puoi vedere il problema. Le equazioni di Einstein scritte per la prima volta in 1905 e 1915 vengono utilizzate per correggere questo time-shift, consentendo al GPS di funzionare, agli aerei di navigare in sicurezza e GPS server NTP per ricevere l'ora esatta

La Trasmissione di MSF da Anthorn (latitudine 54 ° 55 'N, longitudine 3 ° 15' W) è il principale mezzo di diffusione degli standard nazionali del Regno Unito in termini di tempo e frequenza che sono mantenuti dal National Physical Laboratory. L'effettiva potenza irradiata monopole è 15 kW e l'antenna è sostanzialmente omnidirezionale. L'intensità del segnale è maggiore di 10 mV / m a 100 km e maggiore di 100 μV / m a 1000 km dal trasmettitore. Il segnale è ampiamente usato nell'Europa settentrionale e occidentale. La frequenza portante viene mantenuta a 60 kHz nelle parti 2 in 1012.

Viene utilizzata la semplice modulazione portante on-off, i tempi di salita e discesa del vettore sono determinati dalla combinazione di antenna e trasmettitore. La tempistica di questi spigoli è regolata dai secondi e minuti del Tempo Universale Coordinato (UTC), che è sempre entro un secondo di Greenwich Mean Time (GMT). Ogni secondo UTC è contrassegnato da un 'off' preceduto da almeno 500 ms di portante, e questo secondo marker viene trasmesso con una precisione migliore di ± 1 ms.

Il primo secondo del minuto inizia con un periodo di 500 ms con il corriere spento, per fungere da marcatore minuto. Gli altri secondi 59 (o, eccezionalmente, 60 o 58) iniziano sempre con almeno 100 ms "off" e terminano con almeno 700 ms di carrier. Secondi 01-16 trasporta le informazioni per il minuto corrente sulla differenza (DUT1) tra il tempo astronomico e il tempo atomico, mentre i secondi rimanenti trasmettono il codice di data e ora. Le informazioni sul codice data e ora sono sempre date in termini di ora e data del Regno Unito, che è UTC in inverno e UTC + 1h quando è in vigore l'ora legale e si riferisce al minuto successivo a quello in cui viene trasmesso.

MSF dedicato NTP Server sono disponibili dispositivi che possono connettersi direttamente alla trasmissione MSF.

Informazioni per gentile concessione di NPL