PTP及1588协议介绍PPT文件格式下载.ppt

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,PTP（PrecisionTimeProtocol，精确时间协议）是一种时间同步的协议，其本身只是用于设备之间的高精度时间同步，但也可被借用于设备之间的频率同步。

相比现有的各种时间同步机制，PTP具备以下优势：

相比NTP（NetworkTimeProtocol，网络时间协议），PTP能够满足更高精度的时间同步要求：

NTP一般只能达到亚秒级的时间同步精度而PTP则可达到亚微秒级。

相比GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统），PTP具备更低的建设和维护成本，并且由于可以摆脱对GPS的依赖，在国家安全方面也具备特殊的意义。

5,PTP基本概念,1.PTP域我们将应用了PTP协议的网络称为PTP域。

PTP域内有且只有一个同步时钟，域内的所有设备都与该时钟保持同步。

2.PTP端口我们将设备上运行了PTP协议的端口称为PTP端口。

如图2所示，PTP端口的角色可分为以下三种：

主端口（MasterPort）：

发布同步时间的端口，可存在于BC或OC上。

从端口（SlavePort）：

接收同步时间的端口，可存在于BC或OC上。

被动端口（PassivePort）：

既不接收同步时间、也不对外发布同步时间的端口，只存在于BC上。

3.时钟节点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：

（1）OC（OrdinaryClock，普通时钟）：

该时钟节点在同一个PTP域内只有一个PTP端口参与时间同步，并通过该端口从上游时钟节点同步时间。

此外，当时钟节点作为时钟源时，可以只通过一个PTP端口向下游时钟节点发布时间，我们也称其为OC。

（2）BC（BoundaryClock，边界时钟）：

该时钟节点在同一个PTP域内拥有多个PTP端口参与时间同步。

它通过其中一个端口从上游时钟节点同步时间，并通过其余端口向下游时钟节点发布时间。

此外，当时钟节点作为时钟源时，可以通过多个PTP端口向下游时钟节点发布时间的，我们也称其为BC，如图2中的BC1。

6,PTP基本概念,（3）TC（Transparentclock，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：

E2ETC（End-to-EndTransparentClock，端到端透明时钟）：

直接转发网络中非P2P（Peer-to-Peer，点到点）类型的协议报文，并参与计算整条链路的延时。

P2PTC（Peer-to-PeerTransparentClock，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。

如图2所示，是上述三种基本时钟节点在PTP域中的位置。

除了上述三种基本时钟节点以外，还有一些混合时钟节点，譬如融合了TC和OC各自特点的TC+OC：

它在同一个PTP域内拥有多个PTP端口，其中一个端口为OC类型，其它端口则为TC类型。

一方面，它通过TC类型的端口转发PTP协议报文并对其进行转发延时校正；

另一方面，它通过OC类型的端口进行时间的同步。

与TC的分类类似，TC+OC也包括两种类型：

E2ETC+OC和P2PTC+OC。

7,PTP基本概念,图2基本时钟节点示意图,8,PTP基本概念,4.主从关系主从关系（Master-Slave）是相对而言的，对于相互同步的一对时钟节点来说，存在如下主从关系：

发布同步时间的节点称为主节点，而接收同步时间的节点则称为从节点。

主节点上的时钟称为主时钟，而从节点上的时钟则称为从时钟。

发布同步时间的端口称为主端口，而接收同步时间的端口则称为从端口。

5.最优时钟如图2所示，PTP域中所有的时钟节点都按一定层次组织在一起，整个域的参考时间就是最优时钟（GrandmasterClock，GM），即最高层次的时钟。

通过各时钟节点间PTP协议报文的交互，最优时钟的时间最终将被同步到整个PTP域中，因此也称其为时钟源。

最优时钟可以通过手工配置静态指定，也可以通过BMC（BestMasterClock，最佳主时钟）协议动态选举，动态选举的过程如下：

（1）各时钟节点之间通过交互的Announce报文中所携带的最优时钟优先级、时间等级、时间精度等信息，最终选出一个节点作为PTP域的最优时钟，与此同时，各节点之间的主从关系以及各节点上的主从端口也确定了下来。

通过这个过程，整个PTP域中建立起了一棵无环路、全连通，并以最优时钟为根的生成树。

（2）此后，主节点会定期发送Announce报文给从节点，如果在一段时间内，从节点没有收到主节点发来的Announce报文，便认为该主节点失效，于是重新进行最优时钟的选择。

9,PTP同步原理,PTP同步的基本原理如下：

主、从时钟之间交互同步报文并记录报文的收发时间，通过计算报文往返的时间差来计算主、从时钟之间的往返总延时，如果网络是对称的（即两个方向的传输延时相同），则往返总延时的一半就是单向延时，这个单向延时便是主、从时钟之间的时钟偏差，从时钟按照该偏差来调整本地时间，就可以实现其与主时钟的同步。

PTP协议定义了两种传播延时测量机制：

请求应答（Requset_Response）机制和端延时（PeerDelay）机制，且这两种机制都以网络对称为前提。

1.请求应答机制,PTP同步的基本原理如下：

图3请求应答机制实现过程,图3以双步模式为例来说明请求应答机制的实现过程。

10,PTP同步原理,请求应答方式用于端到端的延时测量。

如图3所示，其实现过程如下：

（1）主时钟向从时钟发送Sync报文，并记录发送时间t1；

从时钟收到该报文后，记录接收时间t2。

（2）主时钟发送Sync报文之后，紧接着发送一个携带有t1的Follow_Up报文。

（3）从时钟向主时钟发送Delay_Req报文，用于发起反向传输延时的计算，并记录发送时间t3；

主时钟收到该报文后，记录接收时间t4。

（4）主时钟收到Delay_Req报文之后，回复一个携带有t4的Delay_Resp报文。

此时，从时钟便拥有了t1t4这四个时间戳，由此可计算出主、从时钟间的往返总延时为（t2t1）+（t4t3），由于网络是对称的，所以主、从时钟间的单向延时为（t2t1）+（t4t3）/2。

因此，从时钟相对于主时钟的时钟偏差为：

Offset=（t2t1）-（t2t1）+（t4t3）/2=（t2t1）-（t4t3）/2。

此外，根据是否需要发送Follow_Up报文，请求应答机制又分为单步模式和双步模式两种：

在单步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Sync报文自己携带，不发送Follow_Up报文。

在双步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Follow_Up报文携带。

11,PTP同步原理,2.端延时机制,图4端延时机制实现过程,图4以双步模式为例来说明端延时机制的实现过程。

12,PTP同步原理,与请求应答机制相比，端延时机制不仅对转发延时进行扣除，还对上游链路的延时进行扣除。

如图4所示，其实现过程如下：

（3）从时钟向主时钟发送Pdelay_Req报文，用于发起反向传输延时的计算，并记录发送时间t3；

（4）主时钟收到Pdelay_Req报文之后，回复一个携带有t4的Pdelay_Resp报文，并记录发送时间t5；

从时钟收到该报文后，记录接收时间t6。

（5）主时钟回复Pdelay_Resp报文之后，紧接着发送一个携带有t5的Pdelay_Resp_Follow_Up报文。

此时，从时钟便拥有了t1t6这六个时间戳，由此可计算出主、从时钟间的往返总延时为（t4t3）+（t6t5），由于网络是对称的，所以主、从时钟间的单向延时为（t4t3）+（t6t5）/2。

Offset=（t2t1）-（t4t3）+（t6t5）/2。

根据是否需要发送Follow_Up报文，端延时机制也分为单步模式和双步模式两种：

在单步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Sync报文自己携带，不发送Follow_Up报文；

而t5和t4的差值由Pdelay_Resp报文携带不发送Pdelay_Resp_Follow_Up报文。

在双步模式下，Sync报文的发送时间戳t1由Follow_Up报文携带，而t4和t5则分别由Pdelay_Resp报文和Pdelay_Resp_Follow_Up报文携带。

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