Wir alle verlassen uns auf die Zeit, um unsere Tage einzuhalten. Armbanduhren, Wanduhren und sogar der DVD-Player sagen uns die Zeit, aber manchmal ist das nicht genau genug, besonders wenn Die Zeit muss synchronisiert werden.

Es gibt viele Technologien, die eine extrem genaue Präzision zwischen Systemen erfordern, von der Satellitennavigation bis zu vielen Internetanwendungen. Die genaue Zeit wird immer wichtiger.

Gerade in modernen Computernetzen ist es jedoch nicht immer einfach, Präzision zu erreichen. Während alle Computersysteme eingebaute Uhren haben, sind dies keine genauen Zeitstücke, sondern Standard-Quarzoszillatoren, die gleiche Technologie, die in anderen elektronischen Uhren verwendet wird.

Das Problem mit solchen Systemuhren ist, dass sie anfällig sind für Drift und in einem Netzwerk, das aus Hunderten oder Tausenden von Maschinen besteht, wenn die Uhren mit einer anderen Geschwindigkeit driften - Chaos kann bald entstehen. E-Mails werden empfangen, bevor sie gesendet werden, und zeitkritische Anwendungen schlagen fehl.

Atomuhren sind die genauesten Zeitstücke um, aber diese sind Laborwerkzeuge des großen Maßstabs und sind unpraktisch (und hoch kostspielig), durch Computernetzwerke benutzt zu werden.

Physiklabore hingegen mögen den nordamerikanischen NIST (National Institute of Standards and Time) haben Atomuhren, von denen sie Zeitsignale ausstrahlen. Diese Zeitsignale können von Computernetzen zum Zweck der Synchronisation verwendet werden.

In Nordamerika wird der NIST-Sendezeitcode genannt WWVB und wird aus Boulder, Colorado auf Langwelle bei 60Hz übertragen. Der Zeitcode enthält das Jahr, den Tag, die Stunde, die Minute, die Sekunde und als Quelle der UTC alle Schaltsekunden, die hinzugefügt werden, um die Parität mit der Rotation der Erde sicherzustellen.

Das Empfangen des WWVB-Signals und das Verwenden desselben zum Synchronisieren eines Computernetzwerks ist einfach durchzuführen. Funk-Referenznetzwerk-Zeitserver können diese Übertragung in ganz Nordamerika und unter Verwendung des Protokolls empfangen NTP (Network Time Protocol).

Ein dedizierter NTP Zeitserver das WWVB-Signal empfangen kann Hunderte und sogar Tausende von verschiedenen Geräten auf das WWVB-Signal synchronisieren, um sicherzustellen, dass jeder innerhalb von ein paar Millisekunden von UTC ist.

Atomuhren sind die ultimativen Zeitmessgeräte. Ihre Genauigkeit ist unglaublich, da eine Atomuhr nicht innerhalb einer Million Jahre um eine Sekunde abweichen wird, und wenn dies mit den nächstbesten Chronometern verglichen wird, wie der elektronischen Uhr, die in einer Woche um eine Sekunde abdriften kann, einer Atomuhr ist unglaublich präziser.

Atomuhren werden weltweit eingesetzt und sind das Herz vieler moderner Technologien, die eine Vielzahl von Anwendungen ermöglichen, die für uns selbstverständlich sind. Der Internethandel, die Satellitennavigation, die Flugsicherung und das internationale Bankgeschäft sind allesamt stark abhängige Branchen

Sie bestimmen auch die Zeitskala der Welt, UTC (Coordinated Universal Time), die durch eine Konstellation dieser Uhren wahrgehalten wird (obwohl UTC angepasst werden muss, um die Verlangsamung des Erdspins durch Hinzufügen von Schaltsekunden zu berücksichtigen).

Computernetzwerke müssen häufig synchron zu UTC ausgeführt werden. Diese Synchronisierung ist in Netzwerken wichtig, die zeitkritische Transaktionen durchführen oder ein hohes Maß an Sicherheit erfordern.

Ein Computernetzwerk ohne ausreichende Zeitsynchronisierung kann viele Probleme verursachen, einschließlich:

Datenverlust

• Schwierigkeiten beim Identifizieren und Protokollieren von Fehlern
• Erhöhtes Risiko von Sicherheitsverletzungen.
• Zeitempfindliche Transaktionen können nicht ausgeführt werden

Aus diesen Gründen müssen viele Computernetzwerke mit einer Quelle von UTC synchronisiert und so genau wie möglich gehalten werden. Und obwohl Atomuhren große, sperrige Geräte sind, die in den Begrenzungen der Physiklabore gehalten werden, ist es unglaublich einfach, sie als Quelle der Zeit zu benutzen.

Network Time Protocol (NTP) ist ein Software - Protokoll, das ausschließlich für die Synchronisation von Netzwerken und Computersystemen und unter Verwendung von a dedizierter NTP-Server Die Zeit von einer Atomuhr kann vom Zeitserver empfangen und mit NTP über das Netzwerk verteilt werden.

NTP-Server benutzen Funkfrequenzen und häufiger die GPS-Satellitensignale zum Empfang der Atomuhr-Zeitsignale, die dann über das Netzwerk verteilt werden, wobei NTP regelmäßig jedes Gerät abstimmt, um sicherzustellen, dass es so genau wie möglich ist.

Die Synchronisation moderner Computernetzwerke ist aus einer Vielzahl von Gründen und dank des Zeitprotokolls äußerst wichtig NTP (Network Time Protocol) ist dies relativ einfach.

NTP ist ein algorithmisches Protokoll, das die Zeit auf verschiedenen Computern analysiert und sie mit einer einzelnen Zeitreferenz vergleicht und jede Uhr auf Drift einstellt, um die Synchronisation mit der Zeitquelle sicherzustellen. NTP ist bei dieser Aufgabe so leistungsfähig, dass ein unter Verwendung des Protokolls synchronisiertes Netzwerk realistisch Millisekundengenauigkeit erreichen kann.

Wählen Sie die Zeitquelle

Wenn es darum geht, eine Zeitreferenz zu erstellen, gibt es wirklich keine Alternative, als eine Quelle von UTC zu finden (Coordinated Universal Time). UTC ist die globale Zeitskala, die in der ganzen Welt als eine einzige Zeitskala von Computernetzwerken verwendet wird. UTC wird durch eine Konstellation von Atomuhren auf der ganzen Welt genau eingehalten.

Synchronisieren mit UTC

Die einfachste Methode zum Empfangen einer UTC-Zeitquelle ist die Verwendung eines Stratum 2-Internetzeitservers. Diese werden als Stratum 2 betrachtet, da sie die Zeit nach dem ersten Empfang von a verteilen NTP-Server (Stratum 1), das mit einer Atomuhr verbunden ist (Stratum 0). Leider ist dies nicht die genaueste Methode, um UTC zu empfangen die Entfernung, die die Daten vom Host zum Client zurücklegen müssen.

Es gibt auch Sicherheitsprobleme bei der Verwendung einer Internet-Stratum 2-Zeitquelle, da der Firewall-UDP-Port 123 offen gelassen werden muss, um den Zeitcode zu empfangen, aber diese Firewall-Öffnung kann und wurde von böswilligen Benutzern ausgenutzt.

Dedizierte NTP-Server

Dedicated NTP Zeitserver, die oft als Netzwerkzeitserver bezeichnet werden, sind die genaueste und sicherste Methode zum Synchronisieren eines Computernetzwerks. Sie arbeiten extern mit dem Netzwerk, so dass es keine Firewall-Probleme gibt. Diese stratum 1 - Geräte erhalten die UTC - Zeit direkt von einer Atomuhrquelle entweder durch Langwellen - Funkübertragungen oder die GPS-Netzwerk (Global Positioning System). Während dies eine Antenne erfordert, die im Fall von GPS auf einem Dach platziert werden muss, wird der Zeitserver selbst automatisch Hunderte und tatsächlich Tausende verschiedener Geräte im Netzwerk synchronisieren.

Präzise Zeitmessung wenn sie häufig als Priorität für Netzwerkadministratoren übersehen werden, riskieren viele gleichzeitig Sicherheit und Datenverlust, indem sie nicht sicherstellen, dass ihre Netzwerke so genau wie möglich synchronisiert werden.

Computer haben ihre eigenen Hardware-Uhren, aber diese sind oft nur einfache elektronische Oszillatoren, wie sie in digitalen Uhren existieren und unglücklicherweise neigen diese Systemuhren dazu, sich zu driften, oft um mehrere Sekunden in einer Woche.

Das Ausführen verschiedener Maschinen in einem Netzwerk, die unterschiedliche Zeiten haben - sogar nur wenige Sekunden -, kann Chaos verursachen, da so viele Computeraufgaben von der Zeit abhängen. Zeit in Form von Zeitstempeln ist die einzige Referenz, die Computer verwenden, um zwischen verschiedenen Ereignissen und Fehlern zu unterscheiden Synchronisieren Sie ein Netzwerk genau kann zu allen möglichen ungezählten Problemen führen.

Hier sind einige der Hauptgründe, warum Ihr Netzwerk mit synchronisiert werden sollte Network Time Protocol, vorbereitend mit a NTP Zeitserver.

Datensicherungen - Um Daten in einem Unternehmen oder einer Organisation zu schützen, kann ein Mangel an Synchronisation dazu führen, dass nicht nur Sicherungen fehlschlagen, sondern auch ältere Versionen von Dateien moderne Versionen ersetzen.

Malicious Attacks - Unabhängig davon, wie sicher ein Netzwerk ist, irgendwann wird jemand Zugang zu Ihrem Netzwerk erhalten, aber ohne genaue Synchronisierung kann es unmöglich werden, herauszufinden, welche Kompromisse stattgefunden haben, und es wird auch unautorisierten Benutzern zusätzliche Zeit in einem Netzwerk geben, um Chaos anzurichten.

Fehlerprotokollierung - Wenn Fehler auftreten und dies unvermeidlich ist, enthalten die Systemprotokolle alle Informationen, um Probleme zu erkennen und zu beheben. Wenn die Systemprotokolle jedoch nicht synchronisiert sind, kann es manchmal unmöglich sein herauszufinden, was wann falsch gelaufen ist.

Online Trading - Kaufen und Verkaufen im Internet ist heute alltäglich und in einigen Unternehmen werden jede Sekunde Tausende von Online-Transaktionen durchgeführt, von Sitzplatzreservierungen bis zum Kauf von Aktien und einem Mangel an genaue Synchronisation kann im Online-Handel zu allen möglichen Fehlern führen, zum Beispiel wenn Artikel mehr als einmal gekauft oder verkauft werden.

Einhaltung und Rechtmäßigkeit - Viele industrielle Reglements erfordern eine auditierbare und genaue Zeitmessung. Ein unsynchronisiertes Netzwerk ist auch anfällig für rechtliche Probleme, da der genaue Zeitpunkt, zu dem ein Ereignis angeblich stattgefunden hat, nicht bewiesen werden kann.

Als Sie am Neujahrsabend zum Beginn des nächsten Jahres gezählt haben, haben Sie bei 10 oder 11 angefangen? Die meisten Nachtschwärmer hätten von zehn heruntergezählt, aber sie wären in diesem Jahr zu früh gewesen, da es im letzten Jahr eine zusätzliche Sekunde gab - die Schaltsekunde.

Schaltsekunden werden normalerweise einmal oder zweimal pro Jahr (normalerweise an Silvester und im Juni) eingefügt, um den globalen Zeitrahmen sicherzustellen UTC (Koordinierte Weltzeit) fällt mit dem astronomischen Tag zusammen.

Leap-Sekunden wurden seit der ersten Implementierung von UTC verwendet und sind ein direktes Ergebnis unserer Genauigkeit in der Zeitmessung. Das Problem ist, dass modern Atomuhren sind viel genauere Zeitmessgeräte als die Erde selbst. Es wurde bemerkt, als Atomuhren entwickelt wurden, dass die Länge eines Tages, der einmal genau 24-Stunden war, variiert wurde.

Die Schwankungen werden durch die Erdrotation verursacht, die durch die Schwerkraft und die Gezeitenkräfte der Erde beeinflusst wird. All diese Bewegungen verlangsamen die Rotation der Erde.

Diese Rotationsverlangsamung, die zwar nur geringfügig ist, aber nicht überprüft wird, würde bald in die astronomische Nacht abgleiten (wenn auch in mehreren Jahrtausenden).

Die Entscheidung, ob eine Leap Second benötigt wird, liegt im Aufgabenbereich des International Earth Rotation Service (IERS). Leap Seconds ist jedoch nicht bei jedermann beliebt und kann bei ihrer Einführung zu potenziellen Problemen führen.

UTC wird von verwendet NTP Zeitserver (Network Time Protocol) als Zeitreferenz zum Synchronisieren von Computernetzen und anderen Technologien und die Unterbrechung, die Leap Sekunden verursachen können, wird als nicht lästig erachtet.

Andere, wie Astronomen, sagen jedoch, dass das Studium des Himmels nahezu unmöglich wäre, wenn UTC nicht in Übereinstimmung mit dem astronomischen Tag gehalten würde.

Die letzte vor diesem eingegebene Schaltsekunde war in 2005, aber seit 23 wurden insgesamt 1972-Sekunden zu UTC hinzugefügt.

Fortsetzung ...

Es gibt jedoch Fälle, in denen ein Zeitserver die Verbindung mit der Atomuhr verlieren und den Zeitcode für längere Zeit nicht empfangen kann. Manchmal kann dies aufgrund von Ausfallzeiten durch die Atomuhrsteuerungen für die Wartung oder durch Störungen in der Nähe, die die Übertragung blockieren, erfolgen.

Offensichtlich kann, je länger das Signal herunter ist, die potentiellere Drift im Netzwerk auftreten, wie der Kristalloszillator in der NTP-Server ist die einzige Sache, die Zeit behält. Für die meisten Anwendungen sollte dies nie ein Problem sein, da die längste Ausfallzeit normalerweise nicht mehr als drei oder vier Stunden beträgt und der NTP-Server in dieser Zeit nicht stark gedriftet war und das Auftreten dieser Ausfallzeit eher selten ist (vielleicht einmal oder zweimal im Jahr).

Für einige ultrapräzise High-End-Anwendungen werden jedoch Rubidium-Kristalloszillatoren verwendet, da sie nicht so stark driften wie Quarz. Rubidium (häufig verwendet in Atomuhren selbst statt Cäsium) ist viel genauer ein Oszillator als Quarz und bietet eine bessere Genauigkeit für, wenn kein Signal zu a NTP Zeitserver dem Netzwerk erlauben, eine genauere Zeit zu behalten.

Rubidium selbst ist ein Alkalimetall, ähnlich wie Kalium. Es ist sehr leicht radioaktiv, stellt jedoch kein Risiko für die menschliche Gesundheit dar (und wird häufig in der medizinischen Bildgebung verwendet, indem es in einen Patienten injiziert wird). Es hat eine Halbwertszeit von 49 Milliarden Jahren (die Zeit bis zum Zerfall um die Hälfte - im Vergleich haben einige der tödlichsten radioaktiven Materialien Halbwertszeiten von unter einer Sekunde).

Die einzige wirkliche Gefahr, die von Rubidium ausgeht, ist, dass es ziemlich heftig auf Wasser reagiert und Feuer verursachen kann

Oszillatoren waren wesentlich für die Entwicklung von Uhren und Chronologie. Oszillatoren sind nur elektronische Schaltungen, die ein sich wiederholendes elektronisches Signal erzeugen. Oft werden Kristalle wie Quarz zur Stabilisierung der Schwingungsfrequenz verwendet,

Oszillatoren sind die wichtigste Technologie hinter elektronischen Uhren. Digitaluhren und batteriebetriebene Analoguhren werden alle von einem Schwingkreis gesteuert, der normalerweise einen Quarz enthält.

Und während elektronische Uhren um ein Vielfaches genauer sind als eine mechanische Uhr, driftet ein Quarzoszillator noch eine oder zwei Sekunden pro Woche ab.

Atomuhren natürlich sind viel genauer. Sie verwenden jedoch immer noch Oszillatoren, meistens Cäsium oder Rubidium, aber sie tun dies in einem hyperfeinen Zustand, der oft in flüssigem Stickstoff oder Helium eingefroren ist. Diese Uhren werden im Vergleich zu elektronischen Uhren nicht einmal um eine Sekunde abweichen (und mit den moderneren Atomuhren 100 Millionen Jahre).

Um diese zeitliche Genauigkeit zu nutzen, wird ein Netzwerk-Zeitserver verwendet NTP (Network Time Protocol) kann verwendet werden, um komplette Computernetzwerke zu synchronisieren. NTP-Server Verwenden Sie ein Zeitsignal von entweder GPS oder Langwellenradio, das direkt von einer Atomuhr kommt (im Fall von GPS wird die Zeit in einer Uhr an Bord des GPS-Satelliten erzeugt).

NTP-Server Überprüfen Sie diese Zeitquelle kontinuierlich und passen Sie dann die Geräte in einem Netzwerk an, um diese Uhrzeit anzupassen. Zwischen den Umfragen (Empfangen der Zeitquelle) wird vom Zeitserver ein Standardoszillator verwendet, um die Zeit zu behalten. Normalerweise sind diese Oszillatoren Quarz, aber da der Zeitserver regelmäßig mit der Atomuhr kommuniziert, sagen wir jede Minute oder zwei, ist die normale Drift eines Quarzoszillators kein Problem, da einige Minuten zwischen den Umfragen zu keiner messbaren Drift führen würden.

To be continued ...

Egal wo wir auf der Welt sind, wir alle müssen die Zeit zu einem bestimmten Zeitpunkt am Tag kennen, aber während jeder Tag die gleiche Zeit lang dauert, egal wo auf der Erde du bist, wird die gleiche Zeitskala nicht global verwendet.

Die Unpraktikabilität von Australiern, die bei 17.00 aufwachen müssen, oder die in den USA, die bei 14.00 arbeiten müssen, schließen eine einzige Zeitskala aus, obwohl die Idee diskutiert wurde, als Greenwich der offizielle Nullmeridian genannt wurde (wo die Datenlinie offiziell ist) für die Welt einige 125 Jahren.

Während die Idee einer globalen Zeitskala aus den oben genannten Gründen abgelehnt wurde, wurde später entschieden, dass 24-Längslinien die Welt in verschiedene Zeitzonen aufteilen würden. Diese würden von GMT mit denen auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten ausgehen + 12 Stunden.

Bei den 1970 bedeutete ein Wachstum in der globalen Kommunikation jedoch, dass eine universelle Zeitskala endgültig angenommen wurde und immer noch viel verwendet wird, obwohl viele Leute noch nie davon gehört haben.

UTC, Coordinated Universal Time, basiert auf GMT (Greenwich Meantime), wird aber von einer Konstellation von Atomuhren gehalten. Es berücksichtigt auch Variationen in der Erdrotation mit zusätzlichen Sekunden, die als "Schaltsekunden" bekannt sind und einmal im Jahr zweimal hinzugefügt werden, um der Verlangsamung des Erddralls entgegenzuwirken, die durch Gravitations- und Gezeitenkräfte verursacht wird.

Während die meisten Menschen noch nie von UTC gehört haben oder direkt ihren Einfluss auf unser Leben in nicht zu verleugnenden Computernetzen genutzt haben, synchronisiert sich alles auf UTC NTP Zeitserver (Network Time Protocol).

Ohne diese Synchronisierung auf einen einzigen Zeitplan wären viele der Technologien und Anwendungen, die wir heute für selbstverständlich halten, unmöglich. Vom weltweiten Handel mit Aktien und Aktien bis hin zu Internet-Shopping, E-Mail und Social Networking wird alles nur dank UTC und der NTP Zeitserver.

Das DCF 77-Signal ist eine Langwellensendeübertragung bei 77 KHz von Frankfurt in Deutschland. DCF -77 wird von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt übertragen.

DCF-77 ist eine genaue Quelle der UTC-Zeit und wird von Atomuhren erzeugt, die ihre Genauigkeit sicherstellen. DCF-77 ist eine nützliche Zeitquelle, die in ganz Europa durch Technologien verwendet werden kann, die eine genaue Zeitreferenz benötigen.

Funkuhren und Netzwerk-Zeitserver Empfangen des Zeitsignals und im Fall von Zeitservern Verteilen dieses Zeitsignal über ein Computernetzwerk. Die meisten Computernetzwerke verwenden NTP, um das DCF 77-Zeitsignal zu verteilen.

Es gibt Vorteile, ein Signal wie DCF für die Zeitsynchronisation zu verwenden. DCF ist langwellig und daher anfällig für Störungen durch andere elektrische Geräte, aber sie können Gebäude durchdringen, die dem DCF - Signal einen Vorteil gegenüber der anderen allgemein verfügbaren UTC - Zeit bieten - GPS (Global Positioning System) -, die eine freie Sicht auf das Himmel, um Satellitenübertragungen zu empfangen.

Andere Langwellenfunksignale sind in anderen Ländern verfügbar, die DCF-77 ähnlich sind. In Großbritannien wird das MSF-60-Signal von NPL (National Physical Laboratory) aus Cumbria gesendet, während in den USA das NIST (National Institute of Standards and Time) das WVBB-Signal von Boulder, Colorado, überträgt.

NTP Zeitserver sind ein effizientes Verfahren, um diese Langwellenübertragungen zu empfangen und dann den Zeitcode als Synchronisationsquelle zu verwenden. NTP-Server kann DCF, MSF und WVBB empfangen und viele von ihnen können auch das GPS Signal empfangen.

Von den Anfängen der industriellen Revolution an, als die Eisenbahnlinien und der Telegraph über Zeitzonen gespannt waren, wurde deutlich, dass eine globale Zeitskala erforderlich war, die es ermöglichte, dieselbe Zeit zu nutzen, egal wo auf der Welt Sie sich befanden.

Der erste Versuch einer globalen Zeitskala war GMT - Greenwich in der Zwischenzeit. Dies basiert auf dem Greenwich Meridian, wo die Sonne direkt über 12 Mittag ist. GMT wurde gewählt, vor allem wegen des Einflusses des britischen Imperiums auf den Rest der Welt.

Andere Zeitskalen waren wie British Railway Time entwickelt worden, aber GMT war das erste Mal, dass ein wirklich globales Zeitsystem in der ganzen Welt verwendet wurde.

GMT blieb die globale Zeitskala in der ersten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts, obwohl die Menschen anfingen, sich als UT (Universal Time) zu bezeichnen.

Als jedoch Mitte des 20. Jahrhunderts Atomuhren entwickelt wurden, wurde schnell klar, dass GMT nicht genau genug war. Eine globale Zeitskala basierend auf der Zeit, die von Atomuhren erzählt wird, sollte diese neuen genauen Chronometer repräsentieren.

International Atomic Time (TAI) wurde für diesen Zweck entwickelt, aber Probleme bei der Verwendung von Atomuhren wurden bald offensichtlich.

Es wurde angenommen, dass die Umdrehung der Erde um ihre Achse genau 24-Stunden betrug. Aber dank Atomuhren wurde entdeckt, dass der Spin der Erde variiert und sich die 1970 verlangsamt haben. Diese Verlangsamung der Erdrotation musste berücksichtigt werden, sonst könnten sich die Diskrepanzen aufbauen und die Nacht würde sich langsam (wenn auch in vielen Jahrtausenden) fortsetzen.

Coordinated Universal Time wurde entwickelt, um dem entgegenzuwirken. Basierend auf TAI und GMT ermöglicht UTC die Verlangsamung der Erdrotation durch Hinzufügen von Schaltsekunden jedes Jahr oder zwei (und manchmal zweimal pro Jahr).

UTC ist jetzt eine wirklich globale Zeitskala und wird von Nationen und Technologien auf der ganzen Welt übernommen. Computernetzwerke werden über UTC mit synchronisiert Netzwerk-Zeitserver und sie benutzen das Protokoll NTP um die Genauigkeit zu gewährleisten.