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，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，可達到30納秒左右的偏差精度。

         PTP 最常用的是直接在 MAC 層進行 PTP 協議包分析 , 這樣可以不經過UDP 協議棧 , 減少PTP 在協議棧中駐留時間 , 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 進行收發 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設備，且網絡不能太大，其中間經過的交換機設備也必須支持PTP協議，并且主從時間網絡鏈路唯一，不存在交替的PTP通道。

        一般在實際使用中，現有的NTP可以達到5ms以內的精度，對一般的應用都是滿足的；非超高精度設備，不建議使用PTP設備。

二、PTP的一些名詞

       PTP域中的節點稱為時鐘節點，PTP協議定義了以下三種類型的基本時鐘節點：

       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需要與其它時鐘節點保持時間同步，而TC則不與其它時鐘節點保持時間同步。TC有多個PTP端口，但它只在這些端口間轉發PTP協議報文并對其進行轉發延時校正，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）：直接轉發網絡中非P2P（Peer-to-Peer，點到點）類型的協議報文，并參與計算整條鏈路的延時。

       P2PTC（Peer-to-PeerTransparent Clock，點到點透明時鐘）：只直接轉發Sync報文、Follow_Up報文和Announce報文，而終結其它PTP協議報文，并參與計算整條鏈路上每一段鏈路的延時。

       一般鏈式的P2P網絡選擇E2E-TC，而從鐘節點較多的網絡考慮P2P-TC。因在 P2P 延時測量機制中，延時報文交互是在每條鏈路的兩個端口間進行的，主鐘只與直接相連的網絡交換設備有延時報文交互，因此在 P2P TC 的延時測量機制中，沒有對從鐘數量的限制。

       主時鐘：一個PTP通信子網中只能有一個主時鐘。

       PTP端口有九種狀態主站，從站，待機，未校正，監聽，禁止，初始化，故障

三、PTP報文

       PTP協議定義了4種多點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。跟隨報文和延遲應答報文屬于一般報文，一般報文本身不進行時戳處理，它可以攜帶事件報文的準確發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，精確地描述了數據包發出的預計時間。

       Sync: 同步消息 , 由主設備發送給從設備 , 消息中可以包含 Sync 發送時間標簽 , 也可以在后續的Follow UP 消息中包含 ;

       Delay Req: 請求對端返回接收到 Delay Req消息時的時間標簽 , 時間標簽嵌入在響應消息Delay Resp ;

       Pdelay req: 用于發起鏈路延時測量請求 , 帶發送時間標簽。

      普通消息沒有時間標簽 , 主要用于傳遞其他消息的發送時間標簽、系統狀態以及管理信息 , 包括 :

       Announce: 廣播發送節點和高級主鐘的狀態和特征信息 ;

       Follow Up : 用于傳送Sync 消息的發送時間 ;

       Delay Resp : 對 Pdelayreq 的響應 , 可以帶發送時間標簽 , 如果沒有帶由隨后的 Pdelay RespFollow Up 傳送 ;

       Pdelay Resp Follow Up : 用于傳送 DelayResp 的發送時間 ;

       Management : 傳輸用于管理時鐘設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。