PTP时钟协议原理

PTP时钟协议原理IEEE1588协议，又称PTP（precisetimeprotocol，精确时间协议），可以达到亚微秒级别时间同步精度，于2002年发布version1，2008年发布version2。IEEE1588协议的同步原理，所提出的DelayRequest-ResponseMechanism（延时响应机制）如图1所示。图中所描述的PTP报文为以下几种：（1）sync同步报文（2）Follow_up跟随报文（3）Delay_req延迟请求报文（4）Delay_resp延迟请求响应报文延迟响应同步机制的报文收发 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ：1.主时钟周期性的发出sync报文，并记录下sync报文离开主时钟的精确发送时间t1；（此处sync报文是周期性发出，可以携带或者不携带发送时间信息，因为就算携带也只能是预估发送时间戳originTimeStamp）2.主时钟将精确发送时间t1封装到Follow_up报文中，发送给从时钟；（由于sync报文不可能携带精确的报文离开时间，所以我们在之后的Follow_up报文中，将sync报文精确的发送时间戳t1封装起来，发给从时钟）3.从时钟记录sync报文到达从时钟的精确时到达时间t2；4.从时钟发出delay_req报文并且记录下精确发送时间t3；5.主时钟记录下delay_req报文到达主时钟的精确到达时间t4；6.主时钟发出携带精确时间戳信息t4的delay_resp报文给从时钟；这样从时钟处就得到了t1,t2,t3,t4四个精确报文收发时间。时钟偏差&网络延时offset:时钟间偏差（主从时钟之间存在时间偏差，偏离值就是offset，图1中主从时钟之间虚线连接时刻，就是两时钟时间一致点）delay:网络延时（报文在网络中传输带来的延时）从时钟可以通过t1,t2,t3,t4四个精确时间戳信息，得到主从时钟偏差offset和传输延时delay:从时钟得到offset和delay之后就可以通过修正本地时钟进行时间同步。PTP报文分类IEEE1588把所涉及到的报文分为事件报文和通用报文，分类依据是：是否在收发报文时需要记录精确时间戳，根据上文中所描述的几种报文，可以进行如下分类：事件报文<收发时候需要记录精确时间戳>：sync报文，delay_req报文通用报文<收发时候不需要几率精确时间戳>：follow_up报文，delay_resp报文*note:1.因为需要高同步精度，选取的时间都是精确时间戳2.sync同步报文是周期性从主时钟向从时钟以广播的形式发出3.时钟偏差延时的计算在从时钟中进行，所以需要把t1,t2,t3,t4四个时间戳信息都发往从时钟，所以需要follow_up报文和delay_resp报文的存在PTP报文PTPverision2报文是由报头，主体和报尾（header,body,andsuffix）组成，报尾长度可能为0。PTPverision2报文在verision1的五种报文（sync同步报文、follow_up跟随报文、delay_req延迟请求报文、delay_resp延迟响应报文和management管理报文）的基础上，增加了点延迟机制（peer-delaymechanism）中的三种报文（Pdelay_req报文、Pdelay_resp报文和Pdelay_resp_Follow_up报文），signaling信号报文，announce声明报文这五种新报文。根据报文收发过程中，是否需要记录精确时间戳分为事件报文/通用报文。PTP报头结构表1PTP报头的帧结构[1]为了方便直观的理解，我绘制了图1，内容和结构都和表1一致；offset是距离报文首字节的偏移量，单位是octet；1个octet=8个bits；reserved是保留域，默认为0；图1PTP报头结构介绍PTP报文报头中一些域：（1）messageType，【报文类型】（0.5个octet=4bits），不同的值代表不同的PTP报文（2）versionPTP，【PTP版本】，（0.5个octet=4bits)，PTPversion1的话此处值为1，PTPversion2的话此处值为2“ThevalueoftheversionPTPfieldshallbethevalueoftheportDS.versionNumbermemberofthedatasetoftheoriginatingnode."（3）domainNumber，【PTP域序列号】，（1个octet=8bits)，对于普通时钟和边界时钟，此处值为数据集中defaultDSdomainNumber这个变量"Forordinaryorboundaryclocks,thevalueofdomainNumbershallbethevalueofthedefaultDS.domainNumbermemberofthedatasetoftheoriginatingordinaryorboundaryclock."（4）flagField，【标志域】，（2个octets=16bits)，典型的如二步标志域（twoStepFlag）为1表示是二步模式，即同步报文之后有跟随报文（5）correctionField，【修正域】，（8个octets=64bits)，传送透明时钟的驻留时间、点对点透明时钟的链路延时以及非对称补偿"ThecorrectionFieldisthevalueofthecorrectionmeasuredinnanosecondsandmultipliedby216.Forexample,2.5nsisrepresentedas000000000002800016"（6）sourcePortIdentity，【源端口号】，（10个octets=80bits)，发送端口的相关属性“ThevalueofthesourcePortIdentityfieldshallbethevalueoftheportDS.portIdentitymemberofthedatasetoftheportthatoriginatedthismessage.”（7）sequenceID，【序列号】，（2个octets=16bits)，为了区分多条发送端口相同的同一类型的报文（8）controlField，【控制域】，（1个octet=8bits)，此处的值由报文类型域的值决定，即根据报文类型不同取值不同（9）logMessageInterval，【对数报文时间间隔】，（1个octet=8bits)，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PTP报文介绍主要介绍sync同步报文、delay_req延迟请求报文、follow_up跟随报文和delay_resp延迟响应报文四种报文的报文主体body部分。1）sync同步报文&delay_req延迟请求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时间戳信息图2sync同步报文&delay_req延迟请求报文的报文主体结构[1]2)follow_up跟随报文图3follow_up跟随报文的报文主体结构[1]3）delay_resp延迟响应报文图4delay_resp延迟响应报文的报文主体结构[1]PTP报文封装方式PTP报文封装方式分为：PTPoverUDPoverIPv4、PTPoverUDPoverIPV6、PTPoverUDPoverIPV6、PTPoverIEEE802.3/Ethernet等承载方式。1.PTPoverUDPoverIPv4（IEEE1588StandardAnnexD）以太网帧类型域值（Ethertype）为0x0800，检查IPv4报文类型域，若为0x11说明上层数据为UDP数据报文，再检查UDP目的端口号，若为319/320则为PTP报文；四层实现（也称为三层实现或者应用层实现），能够跨IP网段，可以支持E2E和P2P；"ThefirstoctetofthePTPmessageshalloccupythefirstoctetoftheclientdatafield";使用UDP协议和以太网协议version4（IPv4）完成PTP报文的封装，封装流程如下：1).在应用层中PTP报文被应用程序填充后发送；2).在传输层将PTP报文加UDP报头封装成UDP报文；3).在网络层加入IPv4的IP报头，封装成IP报文；4).在数据链路层中封装成以太帧传输；图5以PTPoverUDPoverIPv4方式封装PTP报文2.PTPoverUDPoverIPv6（IEEE1588StandardAnnexE）此方法与前一种方法没有什么大的差异，只不过加装IP报头时以IPv6为准。3.PTPoverIEEE802.3/Ethernet（IEEE1588StandardAnnexF）此方法的以太网帧类型域值（Ethertype）为0x88F7；两层实现，两层以太数据包，只能在一个局域网（MAC地址广播范围之内）起作用，只支持P2P；图6以PTPoverIEEE802.3/Ethernet方式封装PTP报文图7PTPoverUDPoverIP方式封装PTP报文的具体方式[1]IEEEStandardforaprecisionclocksynchronizationprotocolfornetworkedmeasurementandcontrolsystems.NewYork:IEEE,2008