精确时钟同步协议ptp/IEEE-1588v2协议-------(1)简介

PTP是precision clock synchronization protocal(精确时钟同步协议)的缩写,协议被定义在IEEE 1588中,所以也称为1588协议。

1、从角色的角度来区分

时钟可以分在主时钟Grandmaster Clocks和从时钟Slave Clocks,主时钟做为时钟源;从时钟从主时钟同步时间,把自己的时钟调整到和主时钟同步。

2、从时钟类型的角度来区分

2.1、在IEEE-1588-2002中定义了普通时钟(OC-ordinary clock) 和边界时钟(BC-boundary clock)这二种类型的时钟。

普通时钟(OC)只有一个端口,可以做为主时钟也可以做为从时钟。边界时钟(BC)至少要有2个端口,当然也可以有多个端口。比如网络中的路由器或者交换机就可以做为边界时钟(BC)的载体。通常,边界时钟(BC)有一个端口是做为从时钟的角色存在,然后其余端口都做为主时钟。边界时钟(BC)通过从时钟的端口从上级主时钟中同步系统时间,然后将时间通过其余做为主时钟的端口将时间同步线下级的从时钟。

所以通常一个PTP/1588时钟同步网络由一个主时钟GM-Clock、一个或者多个边界时钟(BC)和一个或者多个从时钟构成的树状网络。

                                           +- BC#1 ------+
                                       +---+ slave       |          +- OC#3 ------+
                                       |   |    Master-1 +----------+ slave       |
                                       |   |    Master-2 |-----+    |             |
                                       |   +-------------+     |    +-------------+
                 +------- OC ----+     |                       |
                 |GrandMaster    |     |   +- OC#1 ------+     |
      GPS--------+        Master-+-----+---+ slave       |     |    +- OC#4 ------+
                 |Clock          |     |   +-------------+     +----+slave        |
                 +---------------+     |                            |             |
                                       |   +- OC#2 ------+          +-------------|
                                       +---+ slave       |
                                           +-------------+

2.2、在IEEE-1588-2008中新增定义了透明时钟(TC-transparent clock)这种类型的时钟。

透明时钟(TC)是一个用于转发PTP报文的多端口设备,这个设备可以测量每一条被转发的PTP报文经过这个设备花费的时间。这个时间称为停留时间(residence time)。透明时钟会修改它转发的PTP报文以加上这个停留时间或者发送一条单独的follow up消息去记录这个停留时间。其它时钟在做时钟同步时,可以使用透明时钟给出的这个停留时间来做出路径延时的补偿,以补偿主时钟和从时钟之间因为透明时钟的而引入的转发延时。所以从主时钟和从时钟的角度来看,这个透明时钟设备就和不存在一样,这也是被称为透明时钟的原因。

2.3、透明时钟和边界时钟的比较

在需要PTP时钟同步的通信网络里,我们通常听到一个概念叫“全路径支持”。这个指的是网络里的所有网元或者转发节点都必须支持透明时钟或者边界时钟,这样才可以保证整个网络的各个节点的时钟同步性能。而不因为网络里有不支持时钟同步的节点引入的额外的延时与抖动导致时钟同步精度的下降。
那么透明时钟或者边界时钟谁更准确呢?其实这个问题没有意义,二种时钟都可以达到非常高的精度。
通常来说透明时钟的优点如下:

  • 部署会更加简单一些,因为透明时钟本身不需要去和主时钟做时间同步,而边界时钟需要同步自己的时钟;
  • 透明时钟的实现非常简单,只需要测量延时与停留时间,不需要实现主时钟和从时钟的功能,而边界时钟则需要同时实现主时钟和从时钟的功能。
  • 透明时钟因为功能简单,所以配置非常简单,不容易出错,部署简单。

边界时钟也有它的优点:

  • 边界时钟可以提供同步时钟输出(比如输出一个时间间隔为0.1秒的标准脉冲信号)
  • 边界时钟可以在多个主时钟(GM-Clocks)之间选择一个精度更高的时钟源
  • 边界时钟的每个主时钟端口都可以成为一个独立且相互隔离的时钟同步网络,保护主时钟(GM-Clocks)不会因为接入太多的从时钟而过载。

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