【时间同步】IEEE-1588总结

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第一章 计算机网络时间同步的意义

1.1 网络时间协议简介

网络时间协议，即Network Time Protocol（NTP）是用来使计算机时间同步化的一种协议，它可以使计算机对其服务器或时钟源（如石英钟，GPS等等)做同步化，它可以提供高精准度的时间校正（LAN上与标准间差小于1毫秒，WAN上几十毫秒），且可介由加密确认的方式来防止恶毒的协议攻击。NTP的目的是在无序的Internet环境中提供精确和健壮的时间服务。
NTP提供准确时间，就需要有准确的时间来源，这一时间应该是协调世界时（UTC）。 NTP获得UTC的时间来源可以是铯原子钟、天文台、卫星，也可以从Internet上获取。

1.2 网络时间协议的应用

第二章 PTP时钟同步模型

2.1 PTP系统

2.2 PTP设备类型

PTP 设备有五种基本类型：
a) Ordinary clock
b) Boundary clock
c) End-to-end transparent clock
d) Peer-to-peer transparent clock
e) Management node
PTP 中使用两种机制来测量 PTP 端口之间的传播延迟。 第一个，延迟请求-响应机制，使用消息 Sync、Delay_Req、Delay_Resp，如果需要，还使用Follow_Up。第二个是对等延迟机制，使用消息 Pdelay_Req、Pdelay_Resp，如果需要，还使用 Pdelay_Resp_Follow_Up。
普通时钟和边界时钟上的端口可以使用任何一种机制来实现。 端到端透明时钟上的端口独立于这些机制。 对等透明时钟上的端口使用对等延迟机制。 这两种机制不会在同一通信路径上互通。 此外，对等延迟机制仅限于每个对等端口与最多一个其他此类端口通信 PTP 消息的拓扑。

2.2.1 普通时钟（Ordinary clocks，OC）

2.2.2 边界时钟（Boundary clocks，BC）

2.2.3 透明时钟（Transparent clocks，TC）

2.2.4 管理节点（Management nodes）

除了上述的几种时钟设备之外，IEEE1588-v2还定义了管理节点。管理节点负责处理PTP管理报文，有一个或者多个物理接口连接网络，可以和任意的时钟类型组合在一起工作。

2.3 IEEE-1588设备应用

2.4 PTP同步过程概述

2.4.1 E2E链路同步机制

E2E同步机制又称延时请求响应机制。上图是1588标准中E2E同步机制的原理图。不难理解，两个网络设备要靠网络报文来交换时间信息完成时间同步，而这些网络报文的发送和接收都会记录对应的时间戳。可以是软件的时间戳，也可以是硬件的时间戳，如MAC时间戳或者PHY时间戳。
同步消息交换的过程如下：
a) 主机向从机发送 Sync 消息并记录它发送的时间t1。
b) 从机接收Sync消息并记录接收时间t2。
c) 主机通过以下方式向从站传送时间戳t1：
1) 在Sync消息中嵌入时间戳t1。这需要某种硬件处理以获得最高的准确度与精度（单步模式）。
2) 在 Follow_Up消息中嵌入时间戳t1（双步模式）。
d) 从机向主机发送 Delay_Req 消息，并记录它发送的时间t3。
e) 主机收到 Delay_Req 消息并记录接收时间t4。
f) 主机通过将时间戳t4嵌入到Delay_Resp消息中来将时间戳t4传达给从机。

2.4.2 P2P链路同步机制

P2P同步机制又称对等延时机制。上图为1588中P2P同步机制的原理图。在前面的E2E同步模式下，只能由主时钟端发起同步报文然后从时钟响应，而在P2P同步模式下，所有时钟端一视同仁，不分主从时钟，任何端口都可以发起P2P同步报文来主动获取链路延迟信息。
同步消息交换的过程如下：
a) 发起端发送报文Pdelay_req，并记录发送时间戳t1。响应端收到后，记录接收时间戳t2。
b) 响应端立即回复报文Pdelay_resp，把t2写在Pdelay_resp报文上，告诉发起端。同时记录发送时间戳t3。
c) 发起端收到Pdelay_resp，记录接收时间戳t4。
d) 紧随Pdelay_resp报文，响应端又发送一个叫作Pdelay_resp_follow_up的报文，将t3写在该报文上，告诉发起端。
然后，端口1使用这t1~t4共4个时间戳来计算平均链路延迟。

2.4.3 总结

第三章 PTP报文格式

PTP-v2报文由报头（Header）、主体（Body）和后缀（Suffix）构成，其中后缀的长度可能为0。

3.1 PTP报头结构

messageType字段：报文类型，不同值代表不同PTP报文，含义如下：

versionPTP字段：PTP版本，v2就填0x2。
messageLength字段：构成PTP报文的八位字节总数，从报头开始到后缀都算。
domainNumber字段：PTP域序列号，
flagField字段：标志域，含义如下：

flagField字段第一个八位字节的Bit1（twoStepFlag）为双步标志，置1表示之后有跟随报文，清0表示为单步模式。
correctionField字段：修正域，传送透明时钟的驻留时间、P2P透明时钟的链路延迟以及非对称补偿。校正字段是以纳秒为单位测量的校正值乘以 216。例如，2.5 ns 表示为 000000000002800016。该字段所有位都是1（除非它就是这个数）代表校正值太大无法表示。校正字段的值取决于下表中描述的消息类型。

sourcePortIdentity字段：源端口号，发送端口的相关属性。
sequenceId字段：序列号，为了区分多条发送端口相同的同一类型的报文。
controlField字段：控制域，controlField的值取决于messageType字段中定义的消息类型，并且应具有下表中指定的值。不推荐接收者使用该字段。

logMessageInterval字段：对数报文时间间隔，logMessageInterval 字段的值由消息的类型决定，并应下表中所定义。包括发送声明报文的对数时间间隔，发送同步报文的对数时间间隔，发送延迟请求响应报文的对数时间间隔，它们的值是以2为底取的对数。

3.2 PTP报头主体

Sync报文和Delay_Req报文：

两种报文具有相同的报文主体，originTimeStamp 时间戳都是由历元，秒数和纳秒数构成的80bits时间戳信息。

Follow_Up报文：

Delay_Resp报文：

Pdelay_Req报文：

Pdelay_Resp报文：

Pdelay_Resp_Follow_Up报文：