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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