Atomuhren haben einen großen Einfluss auf unser modernes Leben mit vielen der Technologien, die die Art, wie wir unser Leben leben, auf ihre ultra präzise Zeithalten Fähigkeiten revolutioniert hat.

Atomuhren unterscheiden sich stark von anderen Chronometern; Eine normale Uhr oder Uhr wird die Zeit ziemlich genau halten, wird aber jeden Tag ein oder zwei Sekunden verlieren. Eine Atomuhr hingegen wird in Millionen von Jahren keine Sekunde verlieren.

Tatsächlich ist es fair zu sagen, dass eine Atomuhr nicht die Zeit misst, sondern die Grundlage, auf der wir unsere Wahrnehmung der Zeit aufbauen. Lassen Sie mich erklären, Zeit, wie Einstein demonstrierte, ist relativ und die einzige Konstante im Universum ist die Lichtgeschwindigkeit (obwohl ein Vakuum).

Das Messen von Zeit mit einer echten Genauigkeit ist daher schwierig, da sogar die Schwerkraft auf der Erde die Zeit verdreht und verlangsamt. Es ist auch fast unmöglich, Zeit auf irgendeinen Bezugspunkt zu stützen. Historisch haben wir immer die Revolution der Erde und den Bezug auf die Himmelskörper als Grundlage für unsere Zeitbestimmung benutzt (24 Stunden an einem Tag = eine Umdrehung der Erde, 365 Tage = eine Umdrehung der Erde um die Sonne usw.).

Leider ist die Rotation der Erde kein genauer Referenzrahmen, um unsere Zeit zu bestimmen. Die Erde verlangsamt sich und beschleunigt in ihrer Revolution, was bedeutet, dass einige Tage länger sind als andere.

Atomuhren verwendeten jedoch die Resonanz von Atomen (normalerweise Cäsium) bei bestimmten Energiezuständen. Da diese Atome genau (oder genau) vibrieren, kann dies als Grundlage für die Zeitmessung dienen. Nach der Entwicklung der Atomuhr wurde die zweite definiert als über 9 Milliarden Resonanz 'Zecken' des Cäsiumatoms.

Die Ultrapräzision von Atomuhren ist die Grundlage für Technologien wie Satellitennavigation (GPS), Flugsicherung und Internethandel. Es ist möglich, die genaue Natur von Atomuhren zu verwenden, um Computernetzwerke zu synchronisieren. Alles was benötigt wird ist a NTP Zeitserver (Network Time Protocol).
NTP-Server Sie empfangen die Zeit von Atomuhren über ein Broadcast-Signal oder das GPS-Netzwerk und verteilen sie dann über ein Netzwerk, um sicherzustellen, dass alle Geräte die exakt gleiche, ultrapräzise Zeit haben.

Es gibt jetzt angeblich so viele Autos auf der Straße wie es Haushalte gibt und es dauert nur eine kurze Reise während der Hauptverkehrszeit, um zu erkennen, dass diese Behauptung möglicherweise wahr ist.

Überlastung ist ein großes Problem in unseren Städten und die Kontrolle dieses Verkehrs und seine Fortbewegung ist einer der wichtigsten Aspekte zur Reduzierung von Staus. Sicherheit ist auch auf unseren Straßen ein Problem, da die Wahrscheinlichkeit, dass all diese Fahrzeuge herumfahren, ohne sich gelegentlich zu treffen, nahe Null ist, aber das Problem kann durch ein schlechtes Verkehrsmanagement veranschaulicht werden.

Wenn es darum geht, die Verkehrsströme unserer Städte zu kontrollieren, gibt es keine größere Waffe als die bescheidene Ampel. In einigen Städten sind diese Geräte einfache Zeitlichter, die den Verkehr in eine Richtung stoppen und den anderen Verkehr zulassen und umgekehrt.

Das Potential, wie Ampelanlagen Staus reduzieren können, wird jetzt realisiert und dank der Millisekunden-Synchronisation mit NTP-Server Staus drastisch zu reduzieren, sind einige der größten Städte der Welt.

Statt nur einfache Zeitabschnitte von grün, gelb und rot, können Ampeln auf die Bedürfnisse der Straße reagieren, mehr Autos in einer Richtung durchlassen, während sie in anderen reduzieren. Sie können auch in Verbindung miteinander verwendet werden, um Grünlichtpassagen für Autos auf Hauptstrecken zu ermöglichen.

Das alles ist aber nur möglich, wenn das Ampelsystem in der gesamten Stadt miteinander synchronisiert wird und das nur mit einem NTP Zeitserver.

NTP (Network Time Protocol) ist einfach ein Algorithmus, der für Synchronisationszwecke weit verbreitet ist. EIN NTP-Server wird ein Zeitsignal von einer genauen Quelle (normalerweise eine Atomuhr) empfangen und die NTP-Software verteilt es dann auf alle Geräte in einem Netzwerk (in diesem Fall die Ampeln).

Die NTP-Server überprüft ständig die Zeit auf jedem Gerät und stellt sicher, dass sie dem Zeitsignal entspricht, wodurch sichergestellt wird, dass alle Geräte (Verkehrsampeln) perfekt synchronisiert sind, so dass das gesamte Ampelsystem als einzelnes, flexibles Verkehrsmanagementsystem statt einzelner zufälliger Lichter verwaltet werden kann .

Die NTP Zeitserver (Network Time Protocol) ist ein wesentliches Werkzeug, um Netzwerke synchron zu halten. Ohne eine angemessene Synchronisierung können Computernetzwerke anfällig für Sicherheitsbedrohungen, Datenverlust und Betrug sein und es kann unmöglich sein, mit anderen Netzwerken auf der ganzen Welt zu interagieren.

Computernetzwerke werden normalerweise mit der globalen Zeitskala synchronisiert UTC (Coordinated Universal Time) ermöglicht ihnen eine effiziente Kommunikation mit anderen Netzwerken, die ebenfalls UTC betreiben.

Während UTC-Zeitquellen über das Internet verfügbar sind, sind diese nicht sicher (außerhalb der Firewall) und viele sind entweder zu weit entfernt, um eine ausreichende Genauigkeit zu liefern, oder sie sind zu ungenau, um damit zu beginnen.

Die sichersten Methoden zum Empfangen einer UTC-Zeitquelle sind die Verwendung eines dedizierten NTP Time Server. Diese Geräte können ein sicheres und genaues Zeitsignal erhalten, entweder das GPS-Netzwerk (Global Positioning System), das überall auf der Welt mit einem guten Blick auf den Himmel verfügbar ist, oder eine spezielle Funkübertragung durch nationale Physiklabors.

In den USA das National Institute for Standards and Time (NIST) Sende ein Zeitsignal von nahe Fort Collins, Colorado. Das Signal, bekannt als WWVB kann in ganz Nordamerika (einschließlich vieler Teile Kanadas) empfangen werden und bietet eine genaue und sichere Methode zum Empfang von UTC.

Da das Signal von Atomuhren stammt, die sich am Standort von Fort Collins befinden, ist WWVB eine sehr genaue Methode zur Synchronisierung der Zeit und ist auch sicher, da ein dedizierter NTP-Zeitserver als externe Quelle fungiert.

Sicherheit ist oft am meisten besorgt über den Aspekt des Betriebs eines Computernetzwerks. Es ist ein Vollzeitjob, unerwünschte Benutzer fernzuhalten und gleichzeitig den Benutzern den Zugriff auf Netzwerkanwendungen zu ermöglichen. Dennoch vernachlässigen viele Netzwerkadministratoren einen der wichtigsten Aspekte, um ein Netzwerk sicher zu halten - die Zeitsynchronisierung.

Zeitsynchronisation Das ist nicht nur wichtig, sondern auch entscheidend für die Netzwerksicherheit. Dennoch ist erstaunlich, wie viele Netzwerkadministratoren es ignorieren oder ihre Systeme nicht ordnungsgemäß synchronisieren.

Sicherstellen der gleichen und korrekten Zeit (idealerweise UTC - Coordinated Universal Time) ist auf jedem Netzwerk-Rechner unerlässlich, da jede Zeitverzögerung eine offene Tür für Hacker sein kann, um unbemerkt hereinzuschlüpfen und was noch schlimmer ist, wenn Maschinen gehackt werden, laufen nicht gleichzeitig, es kann nahezu unmöglich sein, das zu erkennen, zu reparieren und zu bekommen Netzwerk sichern und ausführen.

Die Zeitsynchronisation ist jedoch eine der einfachsten zu verwendenden Aufgaben, zumal die meisten Betriebssysteme eine Version des Zeitprotokolls NTP besitzen (Network Time Protocol).

Das Finden eines genauen Zeitservers kann manchmal problematisch sein, insbesondere wenn das Netzwerk über das Internet synchronisiert wird, da dies andere Sicherheitsprobleme wie einen offenen Port in der Firewall und eine fehlende Authentifizierung durch NTP zur Folge haben kann, um sicherzustellen, dass das Signal vertrauenswürdig ist.

Eine einfachere Methode zur Zeitsynchronisierung, die sowohl genau als auch sicher ist, ist die Verwendung eines dedizierten NTP Zeitserver (auch bekannt als Netzwerkzeitserver). Ein NTP-Server wird ein Zeitsignal direkt von GPS oder von den nationalen Zeit - und Frequenzfunkübertragungen nehmen, die von Organisationen wie z NIST or NPL.

Mit einem dedizierten NTP-Server Das Netzwerk wird viel sicherer, und wenn das Schlimmste passiert und das System böswilligen Benutzern zum Opfer fällt, wird es durch ein synchronisiertes Netzwerk leicht lösbar sein.

KOORDINIERTE WELTZEIT (Coordinated Universal Time) ist der globale Zeitmaßstab der Welt und ersetzte den alten Zeitstandard GMT (Greenwich Meantime) in den 1970's.

Während GMT auf der Bewegung der Sonne basierte, basiert UTC auf der Zeit, die von erzählt wird Atomuhren obwohl es durch die Hinzufügung von "Leap Seconds", die die Verlangsamung der Erdrotation kompensieren, so dass es sowohl UTC als auch GMT nebeneinander laufen lässt (GMT wird oft fälschlicherweise als UTC bezeichnet) gehalten wird, obwohl es keine tatsächliche Unterschied ist es nicht wirklich wichtig).

Bei der Datenverarbeitung ermöglicht UTC Computernetzen auf der ganzen Welt, sich gleichzeitig zu synchronisieren, wodurch zeitkritische Transaktionen aus der ganzen Welt möglich werden. Die meisten Computernetzwerke verwendet dediziert Netzwerk-Zeitserver um mit einer UTC-Zeitquelle zu synchronisieren. Diese Geräte verwenden das Protokoll NTP (Network Time Protocol), um die Zeit über die Netzwerke zu verteilen und kontinuierlich zu überprüfen, ob es eine Drift gibt.

Das einzige Dilemma bei der Verwendung eines dedizierten NTP Zeitserver wählt aus, woher die Zeitquelle kommt, die den Typ von bestimmen wird NTP-Server du benötigst. Es gibt wirklich drei Orte, an denen eine Quelle von UTC-Zeit leicht lokalisiert werden kann.

Das erste ist das Internet. Bei der Verwendung einer Internet-Zeitquelle wie time.nist.gov oder time.windows.com ist eine dedizierte NTP-Server ist nicht unbedingt erforderlich, da auf den meisten Betriebssystemen bereits eine Version von NTP installiert ist (in Windows doppelklicken Sie einfach auf das Uhrsymbol, um die Internet-Zeitoptionen anzuzeigen).

*Beachten Sie, dass Microsoft, Novell und andere dringend davon abraten, Internetzeitquellen zu verwenden, wenn Sicherheit ein Problem darstellt. Internetzeitquellen können nicht von NTP authentifiziert werden und befinden sich außerhalb der Firewall, was zu Sicherheitsbedrohungen führen kann.

Die zweite Methode besteht darin, a zu verwenden GPS NTP-Server; Diese Geräte verwenden das GPS-Signal (am häufigsten für die Satellitennavigation verwendet), bei dem es sich um einen Zeitcode handelt, der von einer Atomuhr (von Bord des Satelliten) erzeugt wird. Während dieses Signal überall auf dem Globus verfügbar ist, benötigt eine GPS-Antenne eine klare Sicht auf den Himmel, was der einzige Nachteil bei der Verwendung von GPS ist.

Alternativ dazu können in vielen Ländern nationale Physiklabore wie NIST in den USA und NPL Senden Sie in Großbritannien ein Zeitsignal von ihren Atomuhren. Diese Signale können mit einem referenzierten Funkgerät empfangen werden NTP-Server obwohl diese Signale begrenzt sind und anfällig für lokale Interferenz und Topographie sind.

Das GPS-Netzwerk (Global Positioning System) wird allgemein als Satellitennavigationssystem bezeichnet. Es überträgt jedoch tatsächlich ein ultrapräzises Zeitsignal von einer Bordatomuhr.

Diese chronologischen Pioniere bei NIST haben sich mit der University of Colorado zusammengetan und haben bis heute die genaueste Atomuhr der Welt entwickelt. Die Strontium-basierte Uhr ist fast doppelt so genau wie die aktuellen Caesium-Uhren UTC (Koordinierte Weltzeit), da es jede 300 Millionen Jahre nur eine Sekunde verliert.

Strontium basiert Atomuhren Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...2/index.html Sie werden heute als Wegweiser in der Zeitmessung gesehen, da höhere Genauigkeiten erreichbar sind, die mit dem Caesiumatom nicht möglich sind. Wie ihre Vorgänger arbeiten Strontium-Uhren, indem sie die natürliche, aber hochgradig konsistente Schwingung von Atomen nutzen.

Diese neuen Generationen von Uhren verwenden jedoch Laserstrahlen und extrem niedrige Temperaturen in der Nähe des absoluten Nullpunkts, um die Atome zu steuern, und es ist zu hoffen, dass es ein Schritt vorwärts ist, um eine perfekt präzise Uhr zu erzeugen.

Diese extreme Genauigkeit mag ein Schritt zu weit und unnötig erscheinen, aber die Verwendungen für eine solche Präzision sind vielfältig und wenn man die Technologien betrachtet, die auf der ersten Generation von Atomuhren wie GPS-Navigation basieren, NTP-Server Synchronisation und digitale Übertragung Eine neue Welt der aufregenden Technologie basierend auf diesen neuen Uhren könnte gleich um die Ecke sein.

Während der Weltzeitplan der Welt, UTC, gegenwärtig auf der Zeit basiert, die von einer Konstellation von Cäsiumuhren erzählt wird (und übrigens auch die Definition einer Sekunde als gerade über 9 Milliarden Cäsiumzecken), wird angenommen, dass wenn der Beratende Ausschuss für Zeit und Häufigkeit im Büro International des Poids et Mesures (BIPM) nächste meets es wird diskutieren, ob diese nächste Generation von Atomuhren der neue Standard.

Strontium-Uhren sind jedoch nicht die einzige Methode hochpräziser Zeit. Im vergangenen Jahr hat eine Quantenuhr, die ebenfalls am NIST entwickelt wurde, die Genauigkeit von 1 in 1 Milliarden Jahren als Zweites gemeistert. Dieser Uhrentyp kann jedoch nicht direkt überwacht werden und erfordert ein komplexeres Schema zur Überwachung der Zeit.

A Netzwerk-Zeitserver Dies kann eines der wichtigsten Geräte in einem Computernetzwerk sein, da Zeitstempel für die meisten Computeranwendungen von Senden und E-Mail bis zum Debuggen eines Netzwerks unerlässlich sind.

Kleine Ungenauigkeiten in einem Zeitstempel können Chaos in einem Netzwerk verursachen, von E-Mails, die ankommen, bevor sie technisch gesendet wurden, bis hin zu einem System, das anfällig für Sicherheitsbedrohungen und sogar Betrug ist.

Ein Netzwerkzeitserver ist jedoch nur so gut wie die Zeitquelle, für die er synchronisiert wird. Viele Netzwerkadministratoren entscheiden sich dafür, einen Timing-Code aus dem Internet zu empfangen. Viele Internetzeitquellen sind jedoch völlig ungenau und oft zu weit von einem Client entfernt, um eine echte Genauigkeit zu gewährleisten.

Außerdem können Internet-basierte Zeitquellen nicht authentifiziert werden. Authentifizierung ist eine Sicherheitsmaßnahme von NTP (Network Time Protocol, das den Netzwerk-Zeitserver steuert, um sicherzustellen, dass der Zeitserver genau das ist, was er sagt).

Um sicherzustellen, dass die genaue Zeit eingehalten wird, ist es wichtig, eine Zeitquelle auszuwählen, die sowohl sicher als auch genau ist. Es gibt zwei Methoden, die eine Genauigkeit von Millisekunden fürUTC (Coordinated Universal Time - eine globale Zeitskala basierend auf der Zeit, die von Atomuhren erzählt wird) gewährleisten.

Die erste ist die Verwendung einer speziellen nationalen Zeit- und Frequenzübertragung in mehreren Ländern, einschließlich Großbritannien, USA, Deutschland, Frankreich und Japan. Leider können diese Sendungen nicht überall empfangen werden, aber die zweite Methode besteht darin, das vom GPS-Netzwerk gesendete Zeitsignal zu verwenden, das buchstäblich überall auf dem Planeten verfügbar ist.

A Netzwerk-Zeitserver wird diesen Timing-Code verwenden und ein ganzes Netzwerk mit NTP synchronisieren, weshalb sie oft als a bezeichnet werden NTP-Server or NTP Zeitserver. NTP passt die Uhren des Netzwerks kontinuierlich an, um sicherzustellen, dass keine Drift auftritt.

Gegenwärtig gibt es nur ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS), das NAVSTAR GPS, das seit den späten 1980s für zivile Zwecke geöffnet ist.

Am häufigsten, die GPS-System Es soll Navigationsinformationen liefern, die es Fahrern, Seglern und Piloten ermöglichen, ihre Position irgendwo auf der Welt zu bestimmen.

Tatsächlich ist die einzige Information, die von einem GPS-Satelliten gesendet wird, die Zeit, die von der internen Atomuhr der Satelliten erzeugt wird. Dieses Zeitsignal ist so genau, dass ein GPS-Empfänger das Signal von drei Satelliten verwenden und die Position auf wenige Meter genau bestimmen kann, indem es auswertet, wie lange jedes präzise Signal benötigt.

Derzeit a GPS NTP-Server kann diese Timing-Information verwenden, um ganze Computernetzwerke zu synchronisieren, um eine Genauigkeit innerhalb weniger Millisekunden bereitzustellen.

Die Europäische Union arbeitet jedoch derzeit an dem europäischen Globalen Satellitennavigationssystem Galileo, das mit dem GPS-Netzwerk konkurrieren wird, indem es seine eigenen Timing- und Positionierungsinformationen bereitstellt.

Galileo ist jedoch so konzipiert, dass es mit GPS interoperabel ist, was ein aktuelles GPS bedeutet NTP-Server kann beide Signale empfangen, obwohl möglicherweise einige Softwareeinstellungen vorgenommen werden müssen.

Diese Interoperabilität wird zu höherer Genauigkeit führen und die Radio- und Fernsehübertragungen in den Mitgliedstaaten zeit- und zeitaufwendig machen, da sie nicht in der Lage sein werden, eine vergleichbare Genauigkeit zu erzielen.

Darüber hinaus planen Russland, China und Indien derzeit eigene GNSS-Systeme, die noch mehr Genauigkeit bieten können. GPS hat die Funktionsweise der Welt bereits revolutioniert, indem es nicht nur eine präzise Positionierung ermöglicht, sondern auch den gesamten Globus auf die gleiche Zeitskala synchronisiert GPS NTP-Server. Es wird erwartet, dass noch mehr Fortschritte in der Technologie entstehen werden, sobald die nächste Generation von GNSS mit ihren Übertragungen beginnt.

Computernetzwerk-Synchronisierung ist in der modernen Welt von wesentlicher Bedeutung. Viele der weltweiten Computernetzwerke sind alle auf dieselbe globale Zeitskala synchronisiert UTC (Abgestimmte Weltzeit).

Um die Synchronisation des Protokolls zu steuern NTP (Network Time Protocol) wird in den meisten Fällen verwendet, da es in der Lage ist, ein Netzwerk zuverlässig auf einige Millisekunden außerhalb der UTC-Zeit zu synchronisieren.

Die Genauigkeit der Zeitsynchronisation hängt jedoch ausschließlich von der Genauigkeit der Zeit ab, die für die Verteilung von NTP ausgewählt wird, und hier liegt einer der fundamentalen Fehler, die beim Synchronisieren von Computernetzwerken gemacht werden.

Viele Netzwerkadministratoren verlassen sich auf Internet-Zeitreferenzen als Quelle der UTC-Zeit, abgesehen von den Sicherheitsrisiken, die sie darstellen (da sie sich auf der falschen Seite einer Netzwerkfirewall befinden), aber ihre Genauigkeit kann nicht garantiert werden fanden weniger als die Hälfte von ihnen überhaupt brauchbare Genauigkeiten.

Für eine sichere, genaue und zuverlässige Methode der UTC gibt es wirklich nur zwei Möglichkeiten. Nutzen Sie das Zeitsignal vom GPS - Netzwerk oder nutzen Sie die Langwellen - Übertragungen, die von nationalen Physiklabors wie NPL und NIST.

Um auszuwählen, welche Methode am besten ist, ist der einzige Faktor, der zu berücksichtigen ist, der Ort des NTP-Server das ist das Zeitsignal zu empfangen.

GPS ist am flexibelsten, da das Signal buchstäblich überall auf dem Planeten verfügbar ist, aber der einzige Nachteil des Signals ist, dass eine GPS-Antenne auf dem Dach platziert werden muss, da sie eine klare Sicht auf den Himmel benötigt. Dies kann sich als problematisch erweisen, wenn die Zeit-Server befindet sich in den unteren Etagen eines Wolkenkratzers aber im Großen und Ganzen die meisten Nutzer von GPS-Zeit Signale finden, dass sie sehr zuverlässig und unglaublich genau sind.

Wenn GPS unpraktisch ist, dann bieten die nationale Zeit und Frequenzen eine ebenso genaue und sichere Methode der UTC-Zeit. Diese Langwellensignale werden jedoch nicht von jedem Land gesendet, obwohl das US-WWVB-Signal, das von NIST in Colorado ausgestrahlt wird, in den meisten Teilen von Nordamerika, einschließlich Kanada, verfügbar ist.

Es gibt verschiedene Versionen dieses Signals in ganz Europa einschließlich der deutschen ausgestrahlt DCF und Großbritannien MSF die sich als die zuverlässigsten und beliebtesten erweisen. Diese Signale können oft auch außerhalb der Landesgrenzen aufgenommen werden, obwohl zu beachten ist, dass Langwellenübertragungen anfällig für lokale Störungen und Topographie sind.

Für völlige Ruhe, duales System NTP-Server dass Signale sowohl von den GPS- als auch von den nationalen Physiklabors empfangen werden, obwohl sie dazu neigen, ein wenig teurer als einzelne Systeme zu sein, obwohl die Verwendung von mehr als einem Zeitsignal sie doppelt zuverlässig macht.