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PTP协议_IEEE1588_V2_中文版
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更新于2023-03-16
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PTP精确时钟同步协议,IEEE 1588标准有version 1和version 2两个版本,Version 1于2002年底发布,Version 2目前最新版本为IEEE1588-2008,它提供Version 1的所有功能,并针对Version 1的不足,做出了改善。 PTP协议实现时钟同步主要分为两个步骤: 1.建立同步体系,通过最佳主时钟算法,在整个同步系统中建立主从同步体系; 2.同步过程,通过交换PTP协议报文,计算并同步本地时钟。
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1588V2 协议
基本的时间同步机制
1588V2 提供了一套时间同步的方案 PTP,可以提供亚微秒级的时间同步精度。
1588V2 时间同步过程分为偏移测量阶段和延迟测量 2 个阶段。偏移测量阶段用来修正主、从属时
钟的时间差。如图 1 所示 ,在该偏移修正过程中 ,主时钟周期性发出一个确定的同步信息(Sync 信
息) (缺省为 1 次 /1 s ) ,它包含了一个时间戳 ,含有数据包发出的预计时间 a,即它是真实发出时间 T1
的估计值。由于信息包含的是预计的发出时间而不是真实的发出时间 ,故主时钟在 Sync 信息发出
后发出一个 Follow Up 信息 ,该信息也加了一个时间戳 ,准确地记载了 Sync 信息的真实发出时间 T
。这样做的目的是使报文传输和时间测量分开进行 ,相互不影响。从属时钟使用 Follow Up 信息中
的真实发出时间 T1 和接收方的真实接收时间 T2 ,可以计算出从属时钟与主
时钟之间的偏移 Offset
Offset=T2 - T1 - Delay。
延迟测量 DelayMeasurement 阶段用来测量网络传输造成的延迟时间。为了测量网络传输延时 ,
IEEE 1588 定义了一个延迟请求信息 Delay Request Packet (Delay Req )。 从属时钟在收到 Sync 信息
后在 T3 时刻发延迟请求信息包 Delay Req, 主时钟收到 Delay Req 后在延迟响应信息包 Delay
Request Packe(Delay Resp) 加时间戳 ,反映出准确的接收时 T4 ,并发送给从属时钟 ,故从属时钟就
可以非常准确地计算出网络延时。与偏移测量阶段不同是 ,延迟测量阶段的延迟请求信息包是随机
发的 ,并没有时间限制。由于
T2-T1 = Delay + Offset
T4-T3 = Delay - Offset
故可得
Delay= [ T2-T1 + T4-T3 ] /2
Offset= [ T2-T1-T4+T3 ] /2
最后根据 Offset 来修正从时钟。需要提出的是这里假设的是:Delay 是双向一致的,且不同信息报
文的延时也 是一样的。
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图 1 1588 时间同步过程。
消息分类
PTP 协议定义了 2 种消息:事件消息和通用消息。
事件消息需要在发送和接收的时候打上精确的时间戳。而通用消息不需要。
事件消息包括:
Sync
Delay_Req
Pdelay_Req
Pdelay_Resp
通用消息包括
Announce
Follow_Up
Delay_Resp
Pdelay_Resp_Follow_Up
Management
Signaling
Sync, Delay_Req, Follow_Up, Delay_Resp.消息是用来产生和交互时间信息的,这些信
息用来同步时间的。
Pdelay_Req, Pdelay_Resp, Pdelay_Resp_Follow_Up 用来测量 link 延时。
Announce 消息用来建立同步层次。
Management 消息用来查询和设置 PTP 时钟的时钟数据。
Signaling 消息是用来 PTP 时钟之间进行交互(如协商消息的周期等)
所有消息均使用 TLV 格式以利于扩展。
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PTP 实体类型
有 5 种 PTP 实体:
普通时钟(Ordinary clock),
边界时钟(Boundary clock),
E2E 透传时钟(End-to-end transparent clock),
P2P 透传时钟(Peer-to-peer transparent clock),
管理节点。
普通时钟
普通时钟只有一个 PTP 物理通信端口和网络相连,一个物理端口包括 2 个逻辑接口,事件接口
(event interface)和通用接口(general interface)。 事件接口接收和发送需要打时间标签的事件
消息。通用接口接收和发送其他消息。一个普通时钟只有一个 PTP 协议处理器。在网络中,普通
时钟可以作为祖父时钟(grandmaster clock)或从时钟(slave clock)。当作为祖父时钟是,其
PTP 端口处于主状态(master),作为从时钟时其 PTP 端口处于从状态(slave),普通时钟的框
图如下:
框图中的协议引擎主要完成:
发送和接收协议消息。
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维护时钟和端口数据
执行 PTP 状态机的处理功能。
如果普通时钟是作为从时钟,则根据 PTP 协议计算父时钟的时间。
一个普通时钟维护两套数据:时钟相关的数据和端口相关的数据
时钟相关的数据有:
Default 数据:用于描述普通时钟的属性。
Current 数据:用于描述同步相关的属性。
父时钟和祖父时钟数据:用于描述父时钟和祖父时钟的属性。
时间特性:用于描述时标的属性。
端口相关的数据包括端口的属性以及 PTP 状态的数据。
当普通时钟的端口是从状态时,时钟控制环路用来控制本地时钟和父时钟同步。当普通时钟作为
祖父时钟时,本地时钟要么自由振荡要么同步于外部的时钟源(如 GPS 等)。
边界时钟
边界时钟有多个 PTP 物理通信端口和网络相连,每个物理端口包括 2 个逻辑接口,事件接口和通
用接口。边界时钟的每个 PTP 端口和普通时钟的 PTP 端口一样,除了以下几点:
边界时钟的所有端口共同使用一套时钟数据。
边界时钟的所有端口共同使用一个本地时钟。
每个端口的协议引擎增加一个功能:从所有端口中选择一个端口作为本地时钟的同步输入。
协议引擎将总结和同步相关(包括建立时钟同步层次)的消息和信令。但可以转发管理消息。
边界时钟的框图如下:
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E2E 透传时钟
E2E 透传时钟像路由器或交换机一样转发所有的 PTP 消息,但对于事件消息,有一个停留时间桥
计算该消息报文在本点停留的时间(消息报文穿过本点所花的时间),停留时间将累加到消息报
文中的“修正”(correction field)字段中。修正过程如下图:
E2E 透传时钟的框图如下:
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