比NTP還精確的時鐘同步方式——PTP介紹（一）

一、什么是PTP

         PTP 是一種主從同步系統(tǒng)，一般采用硬件時間戳，并配合一些對NTP更高精度的延時測量算法，可達(dá)到30納秒左右的偏差精度。

         PTP 最常用的是直接在 MAC 層進(jìn)行 PTP 協(xié)議包分析 , 這樣可以不經(jīng)過UDP 協(xié)議棧 , 減少PTP 在協(xié)議棧中駐留時間 , 提高同步的精確度。

         PTP 也可以承載在 UDP 上時 , 軟件可以采用 SOCKET 進(jìn)行收發(fā) UDP包 , 事件消息的 UDP 端口號 319 , 普通消息的組播端口號為 320 ，但其精度就大大降低。

         在物理硬件要求主從端都是PTP設(shè)備，且網(wǎng)絡(luò)不能太大，其中間經(jīng)過的交換機(jī)設(shè)備也必須支持PTP協(xié)議，并且主從時間網(wǎng)絡(luò)鏈路***，不存在交替的PTP通道。

        一般在實(shí)際使用中，現(xiàn)有的NTP可以達(dá)到5ms以內(nèi)的精度，對一般的應(yīng)用都是滿足的；非超高精度設(shè)備，不建議使用PTP設(shè)備。

二、PTP的一些名詞

       PTP域中的節(jié)點(diǎn)稱為時鐘節(jié)點(diǎn)，PTP協(xié)議定義了以下三種類型的基本時鐘節(jié)點(diǎn)：

       OC（Ordinary Clock，普通時鐘）：只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘。

       BC（Boundary Clock，邊界時鐘）：有一個以上PTP通信端口的時鐘。

       TC（Transparentclock，透明時鐘）：與BC/OC相比，BC/OC需要與其它時鐘節(jié)點(diǎn)保持時間同步，而TC則不與其它時鐘節(jié)點(diǎn)保持時間同步。TC有多個PTP端口，但它只在這些端口間轉(zhuǎn)發(fā)PTP協(xié)議報文并對其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)延時校正，而不會通過任何一個端口同步時間。TC包括以下兩種類型：

       E2ETC（End-to-End TransparentClock，端到端透明時鐘）：直接轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中非P2P（Peer-to-Peer，點(diǎn)到點(diǎn)）類型的協(xié)議報文，并參與計(jì)算整條鏈路的延時。

       P2PTC（Peer-to-PeerTransparent Clock，點(diǎn)到點(diǎn)透明時鐘）：只直接轉(zhuǎn)發(fā)Sync報文、Follow_Up報文和Announce報文，而終結(jié)其它PTP協(xié)議報文，并參與計(jì)算整條鏈路上每一段鏈路的延時。

       一般鏈?zhǔn)降腜2P網(wǎng)絡(luò)選擇E2E-TC，而從鐘節(jié)點(diǎn)較多的網(wǎng)絡(luò)考慮P2P-TC。因在 P2P 延時測量機(jī)制中，延時報文交互是在每條鏈路的兩個端口間進(jìn)行的，主鐘只與直接相連的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備有延時報文交互，因此在 P2P TC 的延時測量機(jī)制中，沒有對從鐘數(shù)量的限制。

       主時鐘：一個PTP通信子網(wǎng)中只能有一個主時鐘。

       PTP端口有九種狀態(tài)主站，從站，待機(jī)，未校正，監(jiān)聽，禁止，初始化，故障

三、PTP報文

       PTP協(xié)議定義了4種多點(diǎn)傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文（Sync），跟隨報文（Follow_up），延遲請求報文（Delay_Req），延遲應(yīng)答報文（Delay_Resp）和管理報文。

      報文有一般報文和事件報文兩種類型。跟隨報文和延遲應(yīng)答報文屬于一般報文，一般報文本身不進(jìn)行時戳處理，它可以攜帶事件報文的準(zhǔn)確發(fā)送或接收時刻值信息。同步報文和延遲請求報文屬于事件報文，事件報文是時間敏感消息，需要加蓋精確的時間戳。

      這些報文的交互順序下圖所示。

      同步報文是從主時鐘周期性發(fā)出的(一般為每兩秒一次)，它包含了主時鐘算法所需的時鐘屬性，它包含了一個時間戳，精確地描述了數(shù)據(jù)包發(fā)出的預(yù)計(jì)時間。

       Sync: 同步消息 , 由主設(shè)備發(fā)送給從設(shè)備 , 消息中可以包含 Sync 發(fā)送時間標(biāo)簽 , 也可以在后續(xù)的Follow UP 消息中包含 ;

       Delay Req: 請求對端返回接收到 Delay Req消息時的時間標(biāo)簽 , 時間標(biāo)簽嵌入在響應(yīng)消息Delay Resp ;

       Pdelay req: 用于發(fā)起鏈路延時測量請求 , 帶發(fā)送時間標(biāo)簽。

      普通消息沒有時間標(biāo)簽 , 主要用于傳遞其他消息的發(fā)送時間標(biāo)簽、系統(tǒng)狀態(tài)以及管理信息 , 包括 :

       Announce: 廣播發(fā)送節(jié)點(diǎn)和高級主鐘的狀態(tài)和特征信息 ;

       Follow Up : 用于傳送Sync 消息的發(fā)送時間 ;

       Delay Resp : 對 Pdelayreq 的響應(yīng) , 可以帶發(fā)送時間標(biāo)簽 , 如果沒有帶由隨后的 Pdelay RespFollow Up 傳送 ;

       Pdelay Resp Follow Up : 用于傳送 DelayResp 的發(fā)送時間 ;

       Management : 傳輸用于管理時鐘設(shè)備的的信息以及命令 ;Signaling: 在不同時鐘之間傳送信息、請求以及命令。

       Signaling: 在不同時鐘之間傳送信息、請求以及命令。