Die Zeit zu sagen ist nicht so geradlinig wie die meisten Leute denken. In der Tat die Frage: "Wie spät ist es?" ist eine Frage, die selbst die moderne Wissenschaft nicht beantworten kann. Die Zeit ist laut Einstein relativ; Es gibt Veränderungen für verschiedene Beobachter, die von Dingen wie Geschwindigkeit und Schwerkraft beeinflusst werden.

Selbst wenn wir alle auf dem gleichen Planeten leben und den Ablauf der Zeit auf ähnliche Weise erleben, kann es immer schwieriger werden, die Zeit zu bestimmen. Unsere ursprüngliche Methode, die Erdrotation zu verwenden, wurde seither als ungenau befunden, da die Schwerkraft des Mondes dazu führt, dass einige Tage länger als 24-Stunden und einige weniger kürzer sind. In der Tat, als die frühen Dinosaurier die Erde durchstreiften, war ein Tag nur 22 Stunden lang!

Während mechanische und elektronische Uhren uns eine gewisse Gradgenauigkeit gegeben haben, erforderten unsere modernen Technologien weit genauere Zeitmessungen. GPS, Internethandel und Flugsicherung sind nur drei Branchen, in denen Sekundenbruchteile unglaublich wichtig sind.

Wie behalten wir die Zeit im Auge? Die Verwendung der Erdumdrehung hat sich als unzuverlässig erwiesen, während elektrische Oszillatoren (Quarzuhren) und mechanische Uhren nur eine oder zwei Sekunden pro Tag genau sind. Leider kann für viele unserer Technologien eine zweite Ungenauigkeit viel zu lang sein. In der Satellitennavigation kann das Licht 300,000-km in etwas mehr als einer Sekunde zurücklegen, wodurch die durchschnittliche Navigationseinheit nutzlos wird, wenn eine Sekunde Ungenauigkeit vorhanden ist.

Die Lösung, um eine genaue Methode der Zeitmessung zu finden, war die Untersuchung der sehr kleinen Quantenmechanik. Quantenmechanik ist das Studium des Atoms und seiner Eigenschaften und wie sie interagieren. Es wurde entdeckt, dass Elektronen, die winzigen Teilchen, die Atome umkreisen, den Weg änderten, den sie umkreisten, und eine präzise Menge an Energie freisetzten, wenn sie dies tun.

Im Falle des Cäsiumatoms tritt dies fast neun Milliarden Mal pro Sekunde auf und diese Zahl ändert sich nie und kann daher als äußerst zuverlässige Methode zur Verfolgung der Zeit verwendet werden. Cäsiumatome werden in Atomuhren verwendet, und tatsächlich ist die Sekunde jetzt definiert als nur 9 Milliarden Zyklen der Strahlung des Cäsiumatoms.

Atomuhren sind die Grundlage für viele unserer Technologien. Die gesamte Weltwirtschaft vertraut auf sie mit der übermittelten Zeit NTP Zeitserver in Computernetzen oder durch GPS-Satelliten übertragen; sicherzustellen, dass die gesamte Welt die gleiche, genaue und stabile Zeit behält.

Eine offizielle globale Zeitskala, Coordinated Universal Time (UTC), wurde dank Atomuhren entwickelt, die es der ganzen Welt ermöglichen, die gleiche Zeit innerhalb weniger Tausendstelsekunden voneinander zu laufen.

A Zeit-Server ist ein übliches Bürowerkzeug, aber wozu dient es?

Wir sind alle daran gewöhnt, eine andere Zeit als der Rest der Welt zu haben. Wenn Amerika aufwacht, geht Honk Kong ins Bett, weshalb die Welt in Zeitzonen unterteilt ist. Selbst in derselben Zeitzone kann es immer noch Unterschiede geben. Auf dem europäischen Festland zum Beispiel sind die meisten Länder eine Stunde vor dem Vereinigten Königreich wegen der jahreszeitlichen Veränderungen in Großbritannien.

Wenn es jedoch um globale Kommunikation geht, kann es zu Problemen führen, wenn Sie weltweit unterschiedliche Zeiten haben, insbesondere wenn Sie zeitkritische Transaktionen wie den Kauf oder Verkauf von Aktien durchführen müssen.

Zu diesem Zweck wurde durch die frühen 1970's klar, dass eine globale Zeitskala benötigt wurde. Es wurde auf 1 Januar 1972 eingeführt und hieß UTC - Abgestimmte Weltzeit. UTC wird von der Atomuhr gehalten, basiert aber auf Greenwich Meantime (GMT - oft auch UT1 genannt), das selbst eine Zeitskala ist, die auf der Rotation der Erde basiert. Leider variiert die Erde in ihrer Drehung, so dass UTC dafür verantwortlich ist, dass sie ein oder zwei Mal pro Jahr eine Sekunde hinzufügt (Leap Second).

Viele Astrologen und andere Institutionen halten Schaltsekunden für erforderlich, um den Tag vor dem Abgleiten zu schützen. Andernfalls wäre es unmöglich, die Position der Sterne am Nachthimmel zu bestimmen.

UTC wird jetzt auf der ganzen Welt verwendet. Es ist nicht nur der offizielle globale Zeitrahmen, sondern wird von Hunderttausenden von Computernetzen auf der ganzen Welt genutzt.

Computernetzwerke verwenden ein Netzwerk-Zeitserver um alle Geräte in einem Netzwerk mit UTC zu synchronisieren. Die meisten Zeitserver verwenden das Protokoll NTP (Network Time Protocol), um Zeit zu verteilen.

NTP-Zeitserver erhalten die Zeit von Atomuhren entweder durch langwellige Funkübertragungen aus nationalen Physiklaboren oder aus dem GPS-Netzwerk (Global Positioning System). GPS-Satelliten tragen alle eine an Bord befindliche Atomuhr, die die Zeit zurück zur Erde strahlt. Während dieses Zeitsignal wegen der Genauigkeit der Übertragung streng genommen nicht UTC ist (es wird als GPS-Zeit bezeichnet), wird es leicht in UTC umgerechnet GPS NTP-Server.

Atomuhren werden weltweit für Tausende von Anwendungen eingesetzt. Von der Steuerung von Satelliten bis hin zur Synchronisierung eines Computernetzwerks mit einem NTP-ServerAtomuhren haben die Art und Weise verändert, wie wir die Zeit kontrollieren und steuern.

In Bezug auf die Genauigkeit ist eine Atomuhr unerreicht. Digitale Quarzuhren können die genaue Zeit für eine Woche behalten und nicht mehr als eine Sekunde verlieren, aber eine Atomuhr kann Millionen von Jahren Zeit behalten, ohne so stark zu driften.

Atomuhren arbeite nach dem Prinzip der Quantensprünge, einem Zweig der Quantenmechanik, der besagt, dass ein Elektron; ein negativ geladenes Teilchen, umkreist einen Kern eines Atoms (das Zentrum) in einer bestimmten Ebene oder Ebene. Wenn es in Form von elektromagnetischer Strahlung genügend Energie absorbiert oder freisetzt, wird das Elektron auf eine andere Ebene springen - der Quantensprung.

Durch Messen der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, die dem Übergang zwischen den zwei Niveaus entspricht, kann der Zeitverlauf aufgezeichnet werden. Cäsiumatome (Cäsium 133) sind für das Timing bevorzugt, da sie in jeder Sekunde 9,192,631,770-Strahlungszyklen haben. Da die Energieniveaus des Cäsiumatoms (die Quantenstandards) immer gleich sind und eine so hohe Zahl haben, ist die Cäsiumatomuhr unglaublich präzise.

Die häufigste Form der Atomuhr, die heutzutage in der Welt verwendet wird, ist der Caesium-Brunnen. Bei dieser Art von Uhr wird eine Atomwolke in eine Mikrowellenkammer projiziert und kann unter der Schwerkraft fallen. Laserstrahlen verlangsamen diese Atome und der Übergang zwischen den Energieniveaus des Atoms wird gemessen.

Die nächste Generation von Atomuhren wird entwickelt und verwendet Ionenfallen anstelle eines Springbrunnens. Ionen sind positiv geladene Atome, die von einem Magnetfeld gefangen werden können. Andere Elemente wie Strontium werden in diesen Takten der nächsten Generation verwendet, und es wird geschätzt, dass die potentielle Genauigkeit eines Strontiumionenfallen-Taktgebers 1000-mal so groß wie die der aktuellen Atomuhren sein könnte.

Atomuhren werden von allen möglichen Technologien benutzt; Satellitenkommunikation, das Global Positioning System und sogar der Internethandel sind auf Atomuhren angewiesen. Die meisten Computer synchronisieren sich indirekt mit einer Atomuhr, indem sie a verwenden NTP-Server. Diese Geräte erhalten die Zeit von einer Atomuhr und verteilen sie über ihre Netzwerke, wodurch auf allen Geräten eine präzise Zeit gewährleistet ist.

Atomuhren sind der Höhepunkt der Zeitmessung Geräte. Moderne Atomuhren können die Zeit so genau einhalten, dass sie in 100,000,000-Jahren (100 Millionen) nicht einmal eine Sekunde in der Zeit verlieren. Wegen dieser hohen Genauigkeit sind Atomuhren die Basis für den Zeitmaßstab der Welt.

Um globale Kommunikation und zeitkritische Transaktionen wie den Kauf von Stacks und Shares zu ermöglichen, wurde in 1972 eine globale Zeitskala entwickelt, die auf der Zeit von Atomuhren basiert. Diese Zeitskala, Coordinated Universal Time (UTC), wird von der Internationales Büro für Maße und Gewichte (BIPM), die eine Konstellation von über 230-Atomuhren von 65-Laboratorien auf der ganzen Welt verwenden, um hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Atomuhren basieren auf den fundamentalen Eigenschaften des Atoms, der sogenannten Quantenmechanik. Die Quantenmechanik legt nahe, dass ein Elektron (negativ geladenes Teilchen), das den Kern eines Atoms umkreist, auf verschiedenen Ebenen oder Orbit-Ebenen existieren kann, abhängig davon, ob sie die richtige Energiemenge absorbieren oder freisetzen. Sobald ein Elektron genug Energie absorbiert oder freigesetzt hat, kann es als Quantensprung bezeichnet werden.

Die Frequenz zwischen diesen beiden Energiezuständen dient dazu, die Zeit zu halten. Die meisten Atomuhren basieren auf dem Caesiumatom, das 9,192,631,770-Perioden der Strahlung hat, die dem Übergang zwischen den zwei Niveaus entsprechen. Aufgrund der Genauigkeit von Cäsium-Uhren betrachtet das BIPM nun eine Sekunde als 9,192,631,770-Zyklen des Cäsiumatoms.

Atomuhren werden in Tausenden von verschiedenen Anwendungen verwendet, in denen ein präzises Timing unerlässlich ist. Satellitenkommunikation, Flugsicherung, Internethandel und Allgemeinmediziner benötigen Atomuhren, um die Zeit zu behalten. Atomuhren können auch als eine Methode von verwendet werden Synchronisieren von Computernetzwerken.

Ein Computernetzwerk, das a NTP Zeitserver kann entweder eine Funkübertragung oder die von GPS-Satelliten (Global Positioning System) ausgestrahlten Signale als Zeitquelle verwenden. Das NTP-Programm (oder der Daemon) stellt dann sicher, dass alle Geräte in diesem Netzwerk mit der von der Atomuhr angegebenen Zeit synchronisiert werden.

Durch die Verwendung eines NTP-Server Synchronisiert mit einer Atomuhr kann ein Computernetzwerk die gleiche koordinierte Weltzeit wie andere Netzwerke ausführen, so dass zeitkritische Transaktionen von überall auf der Welt durchgeführt werden können.

NTP-Server werden von Computernetzen als Timing-Referenz für die Synchronisation verwendet. Ein NTP-Server ist wirklich ein Kommunikationsgerät, das die Zeit von einer Atomuhr empfängt und diese verteilt. NTP-Server, die eine direkte Atomuhrzeit erhalten, werden Stratum 1 NTP-Server genannt.

Ein stratum 0-Gerät ist selbst eine Atomuhr. Diese sind sehr teure und empfindliche Maschinen und sind nur in großen physikalischen Laboratorien zu finden. Leider gibt es viele Regeln, die festlegen, wer auf einen Stratum 1-Server zugreifen kann, wenn die Bandbreite berücksichtigt wird. Die meisten Stratum 1 NTP Server werden von Universitäten oder anderen Non-Profit-Organisationen eingerichtet und müssen daher einschränken, wer darauf zugreift.

Glücklicherweise können Stratum 2-Zeitserver eine ausreichend genaue Genauigkeit als Timing-Quelle bieten und jedes Gerät, das ein Zeitsignal empfängt, kann selbst als Zeitreferenz verwendet werden (ein Gerät, das Zeit von einem Stratum 2-Gerät erhält, ist ein stratum 3-Server. Geräte, die Zeit von ein Stratum 3-Server sind stratum 4-Geräte und so weiter).

Ntp.org, ist die offizielle Heimat des NTP - Pool - Projekts und bei weitem der beste Ort, um eine öffentlicher NTP-Server. Es gibt zwei Listen von öffentlichen Servern, die im Pool verfügbar sind. Primärserver, auf denen die Stratum 1-Server (von denen die meisten geschlossen sind) und sekundäre structum-2-Server angezeigt werden.

Bei der Verwendung eines öffentlichen NTP-Servers ist es wichtig, sich an die Zugriffsregeln zu halten, da dies zu Verstopfungen des Servers führen kann. Wenn die Probleme weiterhin bestehen, werden die meisten öffentlichen NTP-Server als Großzügigkeit eingerichtet.

Es gibt einige wichtige Punkte, an die Sie sich erinnern sollten, wenn Sie eine Timing-Quelle aus dem Internet verwenden. Erstens können Internetzeitquellen nicht authentifiziert werden. Die Authentifizierung ist eine eingebaute Sicherheitsmaßnahme, die von NTP verwendet wird, aber über das Internet nicht verfügbar ist. Zweitens erfordert die Verwendung einer Internet-Timing-Quelle einen offenen Port in Ihrer Firewall. Ein Loch in einer Firewall kann von böswilligen Benutzern verwendet werden und ein System angreifbar machen.

Für diejenigen, die eine sichere Timing-Quelle benötigen oder wenn die Genauigkeit sehr wichtig ist, ein dedizierter NTP-Server Das empfängt ein Zeitsignal von entweder Langwellenfunkübertragungen oder dem GPs-Netzwerk.

Die WWVB Zeitsignal ist eine dedizierte Radiosendung, die eine genaue und zuverlässige Quelle der zivilen Zeit der Vereinigten Staaten bietet, basierend auf der globalen Zeitskala UTC (Coordinated Universal Time), das WWVB - Signal wird vom NIST - Labor der Vereinigten Staaten (National Institute for Standards and Zeit).

Das WWVB-Zeitsignal kann von jedem verwendet werden, der genaue Zeitsteuerinformation benötigt, obwohl seine Hauptverwendung als Quelle der UTC-Zeit für Administratoren besteht, die ein Computernetzwerk mit einer Funkuhr synchronisieren. Funkuhren sind wirklich ein anderer Begriff für ein Netzwerk-Zeitserver das verwendet eine Radioübertragung als Zeitquelle.

Die meisten funkbasierten Netzwerkzeitserver verwenden NTP (Network Time Protocol), um die Timing-Informationen im gesamten Netzwerk zu verteilen.

Das WWVB-Signal wird von Fort Collins, Colorado ausgestrahlt. Es ist 24 Stunden am Tag in den meisten USA und Kanada verfügbar, obwohl das Signal anfällig für Störungen und lokale Topographie ist. Benutzer des WWVB-Dienstes erhalten überwiegend ein "Grundwellensignal". Es gibt jedoch auch eine Rest- "Himmelwelle", die von der Ionosphäre reflektiert wird und in der Nacht viel stärker ist; Dies kann zu einem insgesamt empfangenen Signal führen, das entweder stärker oder schwächer ist.

Das WWVB-Signal wird auf einer Frequenz von 60 kHz (innerhalb von 2-Teilen in 1012) geführt und wird durch eine Cäsium-Atomuhr gesteuert, die auf NIST basiert

Die Feldstärke des Signals übersteigt 100 μV / m (Mikrovoltmeter) in einer Entfernung von 1000 km von Colorado - und deckt einen großen Teil der USA ab.

Das WWVB-Signal hat die Form eines einfachen Binärcodes, der Zeit- und Datumsinformationen enthält. Der WWVB-Zeit- und -Datumscode enthält die folgenden Informationen: Jahr, Monat, Tag des Monats, Wochentag, Stunde, Minute, Sommerzeit (in Kraft oder unmittelbar bevorstehend).

Zeit hat immer eine wichtige Rolle in der Zivilisation gespielt. Das Verstehen und Überwachen der Zeit ist seit der Vorgeschichte eine der Vorbesetzungen der Menschheit und die Fähigkeit, die Zeit zu verfolgen, war für die Alten ebenso wichtig wie für uns.

Unsere Vorfahren mussten wissen, wann die beste Zeit war, Pflanzen anzubauen oder sich zu religiösen Feiern zu versammeln, und zu wissen, dass die Zeit dafür sorgen muss, dass sie genauso ist wie die der anderen.

Zeitsynchronisation ist der Schlüssel zu präziser Zeitmessung, da sich die Veranstaltung zu einem bestimmten Zeitpunkt nur dann lohnt, wenn alle gleichzeitig laufen. In der modernen Welt, in der sich das Geschäft von einem papierbasierten System zu einem elektronischen System entwickelt hat, ist die Bedeutung der Zeitsynchronisation und der Suche nach immer höherer Genauigkeit noch entscheidender.

Computer-Netzwerke kommunizieren jetzt miteinander über die ganze Welt und wickeln Transaktionen im Wert von Milliarden von Dollars pro Sekunde ab, Millisekunden-Genauigkeit ist jetzt Teil des Geschäftserfolgs.

Computernetzwerke können aus Hunderten und Tausenden von Computern, Servern und Routern bestehen, und obwohl sie alle eine interne Uhr haben, können, wenn sie nicht perfekt synchronisiert sind, eine Vielzahl möglicher Probleme auftreten.

Sicherheitslücken, Datenverlust, häufige Abstürze und Ausfälle, Betrug und Glaubwürdigkeit des Kunden sind potenzielle Gefahren einer schlechten Computerzeitsynchronisation. Computer verlassen sich auf die Zeit als einzigen Bezugspunkt zwischen Ereignissen und viele Anwendungen und Prozesse sind zeitabhängig.

Selbst Diskrepanzen zwischen einigen Millisekunden zwischen Geräten können vor allem in der Welt der Finanzwelt Probleme verursachen, wenn Millionen in einer Sekunde gewonnen oder verloren werden. Aus diesem Grund werden die meisten Computernetzwerke von a gesteuert Zeit-Server. Diese Geräte erhalten ein Zeitsignal von einer Atomuhr. Dieses Signal wird dann an jedes Gerät im Netzwerk verteilt, um sicherzustellen, dass alle Maschinen die gleiche Zeit haben.

Die meisten Synchronisationsgeräte werden vom Computerprogramm gesteuert NTP (Netzwerkzeitprotokoll) Diese Software überprüft regelmäßig die Uhr jedes Geräts auf Drift (Verlangsamen oder Beschleunigen von der gewünschten Zeit) und korrigiert es, um sicherzustellen, dass die Geräte niemals von der synchronisierten Zeit abweichen.

Zeitsynchronisation ist jetzt ein integraler Bestandteil der Netzwerkadministration. Netzwerke, die nicht mit der UTC-Zeit (Coordinated Universal Time) synchronisiert sind, werden isoliert; keine zeitkritischen Transaktionen verarbeiten oder sicher mit anderen Netzwerken kommunizieren können.

UTC Zeit wurde entwickelt, um es dem gesamten Globus zu ermöglichen, in einem einzigen Zeitrahmen zu kommunizieren, und basiert auf der Zeit, die von ihm erzählt wird Atomuhren.

Zur Synchronisierung mit der UTC-Zeit verbinden sich viele Netzwerkadministratoren einfach mit einer Internet-Timing-Quelle und nehmen an, dass sie eine sichere UTC-Zeitquelle erhalten. Es gibt jedoch Stolpersteine, und jedes Netzwerk, das Sicherheit erfordert, sollte NIEMALS das Internet als Timing-Quelle verwenden:

1. Um eine Internet-Timing-Quelle zu verwenden, muss ein Port in der Firewall weitergeleitet werden. Dieses "Loch", um die Zeitinformation durchzulassen, kann auch von jedem anderen genutzt werden.
2. NTP (Network Time Protocol) verfügt über eine integrierte Sicherheitsmaßnahme namens Authentifizierung, die sicherstellt, dass eine Timing-Quelle genau das ist, was sie sagt. Dies kann nicht über das Internet genutzt werden.
3. Internet-Timing-Quellen sind völlig ungenau. Eine Umfrage von Nelson Minar vom MIT (Massachusetts Institute of Technology) ergab, dass weniger als die Hälfte nahe genug an der UTC-Zeit lag, um als zuverlässig beschrieben zu werden (einige Minuten und sogar Stunden!).
4. Entfernung über das Internet kann sogar eine äußerst genaue Internet-Timing-Quelle nutzlos machen, da die Entfernung zum Client eine Verzögerung verursachen könnte.
5. Ein dedizierter Zeitserver verwendet ein Funkgerät mit GPS-Timing-Signal, das auditiert werden kann, um seine Genauigkeit zu gewährleisten und Sicherheit und rechtlichen Schutz zu bieten. Internet-Timing-Quellen können nicht.

Engagiert NTP Zeitserver bieten nicht nur mehr Schutz und Sicherheit als Internet-Zeitquellen. Sie bieten auch eine ungezügelte Genauigkeit sowohl bei der GPS- als auch bei der Zeit- und Frequenzfunkübertragung (wie MSF, DCF oder WWVB), die auf wenige Millisekunden der UTC-Zeit genau ist.

GPS Zeitserver sind Netzwerkzeitserver, die ein Zeitsignal vom GPS-Netzwerk empfangen und es auf alle Geräte in einem Netzwerk verteilen, um sicherzustellen, dass das gesamte Netzwerk synchronisiert ist.

GPS ist eine ideale Zeitquelle, da ein GPS-Signal überall auf dem Globus verfügbar ist. GPS steht für Global Positioning System, das GPS-Netzwerk gehört dem US-Militär und wird von der US-Luftwaffe (Space Wing) gesteuert und betrieben. Es ist jedoch, seit die späten 1980 für die zivile Bevölkerung der Welt als Werkzeug zur Unterstützung der Navigation geöffnet wurde.

Das GPS-Netzwerk ist eigentlich eine Konstellation von 32-Satelliten, die um die Erde kreisen, sie liefern keine Positionsinformationen (GPS-Empfänger tun das), sondern senden von ihren an Bord befindlichen Atomuhren ein Zeitsignal aus.

Dieses Timing-Signal wird verwendet, um eine globale Position durch Triangulieren von 3-4-Timing-Signalen zu ermitteln. Ein Empfänger kann herausfinden, wie weit und somit die Position von einem Satelliten entfernt ist. Im Wesentlichen ist ein globaler Positionierungssatellit nur eine Umlaufuhr und es ist diese Information, die ausgestrahlt wird, die von einem GPS-Zeitserver aufgenommen und über ein Netzwerk verteilt werden kann.

Genau genommen entspricht die GPS-Zeit nicht der globalen Zeitskala UTC (koordinierte Weltzeit), a GPS Zeitserver wandelt das Zeitformat automatisch in UTC um.

Ein GPS-Zeitserver kann eine ungezügelte Genauigkeit bei Netzwerken liefern, die in der Lage sind, die Genauigkeit innerhalb weniger Millisekunden nach UTC aufrechtzuerhalten.