Dave Mills W3HCF, uitvinder van het netwerktijdprotocol, is Silent Key.

Dave Mills W3HCF is Silent Key. Maar wie is Dave Mills W3HCF vraag je je misschien af?

Dave Mills, computerwetenschapper en uitvinder, is de ontwerper van het protocol dat de tijd in computersystemen en netwerken wereldwijd tot op enkele milliseconden synchroniseert met de gecoördineerde universele tijd UTC: het Network Time Protocol of kortweg NTP.

Zonder zijn uitvinding zou bijvoorbeeld FT8 niet mogelijk zijn. Het Network Time Protocol is een netwerkprotocol waarmee computers hun interne klok kunnen synchroniseren met andere computers.

Dave Mills stierf op 17 januari 2024 in Newark, Delaware op 85-jarige leeftijd.

Geboren in 1938

Mills is geboren in 1938, behaalde zijn doctoraat in de computerwetenschappen in 1971 en gaf aanvankelijk les in Edinburgh. Daar schreef hij programma’s voor het ontcijferen van telegraafsignalen die via korte golven worden uitgezonden en onderzocht hij al hoe klokken werken in een elektriciteitsnet.

Later verhuisde hij naar de Universiteit van Maryland. Daar werd hem echter een vaste aanstelling in een academische functie ontzegd. Dave Mills zei later in een interview dat dit het beste is dat hem ooit is overkomen. Immes, daarna ging hij werken bij Comsat, een aanbieder van satellietcommunicatie. Daar kreeg hij toegang tot Arpanet – de voorloper van het moderne internet.

De begindagen van het internet

In de begindagen van het internet onderkende hij al spoedig de noodzaak om nauwkeurige tijdsinformatie over gedistribueerde computernetwerken te synchroniseren. In 1977 begon Dave Mills hier specifiek aan te werken en ontwikkelde uiteindelijk in de jaren tachtig het NTP-protocol.

Het NTP-protocol maakt nauwkeurige synchronisatie van klokken via het internet mogelijk. De impact van zijn innovatie is enorm: van de coördinatie van financiële transacties tot de veilige communicatie van satellietsystemen tot de naadloze integratie van alle computernetwerken op wereldschaal.

Open standaarden

Dave Mills was niet alleen een begenadigd ingenieur, maar ook een hartstochtelijk pleitbezorger voor open standaarden. Hij werd algemeen erkend voor zijn werk. In 1999 werd hij fellow van de Association for Computing Machinery en in 2002 van het Institute of Electrical and Electronics Engineers.

In 2013 ontving hij de IEEE Internet Award voor zijn bijdragen aan netwerkprotocollen en tijdwaarneming bij de ontwikkeling van het internet.

Tijdens zijn lange carrière werkte Dave Mills er ook aan om zijn wetenschappelijke resultaten toegankelijk te maken voor blinden en slechtzienden. Hij had vanaf zijn geboorte last van glaucoom. Een chirurg kon een deel van het zicht in zijn linkeroog redden toen Mills nog een kind was. Maar in 2012 begon zijn gezichtsvermogen te verslechteren en in 2022 was hij volledig blind.

Het belang van het netwerktijdprotocol

NTP is belangrijk voor zeer veel toepassingen die afhankelijk zijn van nauwkeurige tijdmeting, zoals satellieten, GPS, 5G, financiële diensten, gezondheidszorg en meer.

Zonder de uitvinding van het NTP-protocol zou FT8 tegenwoordig onmogelijk zijn. De tijd van alle door de radioamateurs gebruikte computers moet immers tot op de seconde worden gesynchroniseerd. Bij het gebruik van FT8, een digitale weak signal mode in de amateurradio, is gesynchroniseerde tijd van groot belang. FT8 werkt met korte transmissies van 15 seconden. Als de klok van een computersysteem niet nauwkeurig gesynchroniseerd is met die van het tegenstation, mist het ontvangend station een deel van de overdracht.  Een verschil in tijd kan leiden tot verlies van informatie tijdens de overdracht, waardoor de verbinding niet correct tot stand komt.

NTP is gebaseerd op de aanname dat de netwerkvertraging voorspelbaar is. Dat wil zeggen dat de vertraging op de heenweg ruwweg gelijk is aan de vertraging op de terugweg. Het computernetwerk wordt hiërarchisch ingedeeld, waarbij de computer met de nauwkeurigste tijdbron wordt aangeduid met stratum 1. Apparaten die rechtstreeks zijn aangesloten op een referentieklok worden stratum 1-servers genoemd. In het kader van Network Time Protocol, verwijst een stratum simpelweg naar een laag in een hiërarchisch netwerk. Stratum 1-servers verspreiden tijd naar andere apparaten in het netwerk, die op hun beurt stratum 2-apparaten worden genoemd. De huidige versie van het protocol is versie NTPv4.

Een client-server model

NTP werkt volgens een client-server model, waarbij de client een tijdverzoek stuurt naar een server die een nauwkeurige tijdbron heeft. De server stuurt dan een tijdantwoord terug naar de client, waarbij rekening wordt gehouden met de vertragingen in het netwerk. De client past vervolgens zijn klok aan op basis van het antwoord. NTP gebruikt UDP/IP-pakketten voor gegevensoverdracht vanwege de snelle verbindingsopbouw en responstijden. De fysieke afstand tussen de client en de server is ook een belangrijke factor voor de nauwkeurigheid.

De nauwkeurigheid van NTP hangt af van verschillende factoren, zoals de bron van de tijd, het stratum van de server, de symmetrie van het netwerk en de fysieke afstand van de client. NTP gebruikt complexe algoritmen om de netwerkvertraging en de latentie te berekenen en te verminderen. NTP gaat ervan uit dat de netwerkcommunicatie symmetrisch is, dat wil zeggen dat de verzendtijd van een pakket ongeveer gelijk is aan de ontvangtijd. Asymmetrische netwerken, zoals ADSL, waar de verzendtijd vaak veel langer is dan de ontvangtijd, kunnen de timing van NTP nadelig beïnvloeden.

NTP kan de tijd van de computers binnen enkele milliseconden afstemmen op de Coordinated Universal Time (UTC).

Met dank aan Kathy F. Atkinson en Richard Gordon van de Universiteit van Delaware voor de foto’s.
En met dank aan Ronny Plovie ON6CQ voor deze tekst.