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比NTP还精确的时钟同步方式——PTP先容(一)

时间:2018-06-07发布者:泰福特浏览次数:2628次

一、什么是PTP

         PTP 是一种主从同步系统,一般采用硬件时间戳,并配合一些对NTP更高精度的延时测量算法,可达到30纳秒左右的偏差精度。

         PTP 最常用的是直接在 MAC 层进行 PTP 协议包分析 , 这样可以不经过UDP 协议栈 , 减少PTP 在协议栈中驻留时间 , 提高同步的精确度。

         PTP 也可以承载在 UDP 上时 , App可以采用 SOCKET 进行收发 UDP , 事件消息的 UDP 端口号 319 , 普通消息的组播端口号为 320 ,但其精度就大大降低。

         在物理硬件要求主从端都是PTP设备,且网络不能太大,其中间经过的交换机设备也必须支撑PTP协议,并且主从时间网络链路唯一,不存在交替的PTP通道。

        一般在实际使用中,现有的NTP可以达到5ms以内的精度,对一般的应用都是满足的;非超高精度设备,不建议使用PTP设备。

二、PTP的一些名词

       PTP域中的节点称为时钟节点,PTP协议定义了以下三种类型的基本时钟节点:

       OCOrdinary Clock,普通时钟):只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟。

       BCBoundary Clock,边界时钟):有一个以上PTP通信端口的时钟。

       TCTransparentclock,透明时钟):与BC/OC相比,BC/OC需要与其它时钟节点保持时间同步,而TC则不与其它时钟节点保持时间同步。TC有多个PTP端口,但它只在这些端口间转发PTP协议报文并对其进行转发延时校正,而不会通过任何一个端口同步时间。TC包括以下两种类型:

       E2ETCEnd-to-End TransparentClock,端到端透明时钟):直接转发网络中非P2PPeer-to-Peer,点到点)类型的协议报文,并参与计算整条链路的延时。

       P2PTCPeer-to-PeerTransparent Clock,点到点透明时钟):只直接转发Sync报文、Follow_Up报文和Announce报文,而终结其它PTP协议报文,并参与计算整条链路上每一段链路的延时。

       一般链式的P2P网络选择E2E-TC,而从钟节点较多的网络考虑P2P-TC。因在 P2P 延时测量机制中,延时报文交互是在每条链路的两个端口间进行的,主钟只与直接相连的网络交换设备有延时报文交互,因此在 P2P TC 的延时测量机制中,没有对从钟数量的限制。

       主时钟:一个PTP通信子网中只能有一个主时钟。

       PTP端口有九种状态主站,从站,待机,未校正,监听,禁止,初始化,故障

三、PTP报文

       PTP协议定义了4种多点传送的报文类型和管理报文,包括同步报文(Sync),跟随报文(Follow_up),延迟请求报文(Delay_Req),延迟应答报文(Delay_Resp)和管理报文。

      报文有一般报文和事件报文两种类型。跟随报文和延迟应答报文属于一般报文,一般报文本身不进行时戳处理,它可以携带事件报文的准确发送或接收时刻值信息。同步报文和延迟请求报文属于事件报文,事件报文是时间敏感消息,需要加盖精确的时间戳。

      这些报文的交互顺序下图所示。


       同步报文是从主时钟周期性发出的(一般为每两秒一次),它包含了主时钟算法所需的时钟属性,它包含了一个时间戳,精确地描述了数据包发出的预计时间。

       Sync: 同步消息 , 由主设备发送给从设备 , 消息中可以包含 Sync 发送时间标签 , 也可以在后续的Follow UP 消息中包含 ;

       Delay Req: 请求对端返回接收到 Delay Req消息时的时间标签 , 时间标签嵌入在响应消息Delay Resp ;

       Pdelay req: 用于发起链路延时测量请求 , 带发送时间标签。

      普通消息没有时间标签 , 主要用于传递其他消息的发送时间标签、系统状态以及管理信息 , 包括 :

       Announce: 广播发送节点和高级主钟的状态和特征信息 ;

       Follow Up : 用于传送Sync 消息的发送时间 ;

       Delay Resp : Pdelayreq 的响应 , 可以带发送时间标签 , 如果没有带由随后的 Pdelay RespFollow Up 传送 ;

       Pdelay Resp Follow Up : 用于传送 DelayResp 的发送时间 ;

       Management : 传输用于管理时钟设备的的信息以及命令 ;Signaling: 在不同时钟之间传送信息、请求以及命令。

       Signaling: 在不同时钟之间传送信息、请求以及命令。

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