IEEE 1588協(xié)議簡單理解
? IEEE 1588 是一個精密時間協(xié)議 (PTP)竭钝，用于同步計算機網(wǎng)絡(luò)中的時鐘。 在局域網(wǎng)中雹洗，它能將時鐘精確度控制在亞微秒范圍內(nèi)香罐，使其適于測量和控制系統(tǒng)。 IEEE 1588 標準為時鐘分配定義了一個主從式架構(gòu)时肿，由一個或多個網(wǎng)段及一個或多個時鐘組成庇茫。
? TSN 網(wǎng)絡(luò)中時間同步協(xié)議使用 IEEE 802.1AS 協(xié)議，它基于 IEEE 1588 協(xié)議進行精簡和修改螃成，也稱為 gPTP 協(xié)議旦签。
? IEEE 1588 協(xié)議簡稱精確時鐘協(xié)議 PTP（Precision Timing Protocol），它的全稱是“網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時鐘同步協(xié)議標準”（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）寸宏。其工作的基本原理宁炫，是通過主從節(jié)點之間進行同步數(shù)據(jù)幀的發(fā)送，記錄數(shù)據(jù)幀的發(fā)送時間和接收時間信息進行击吱，并且將該時間信息添加到該數(shù)據(jù)幀中淋淀。從節(jié)點獲取這些時間信息，并計算從節(jié)點本地時鐘與主時鐘的時間偏差和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的傳輸延時，對本地時鐘進行糾正朵纷，使之與主節(jié)點時鐘同步炭臭。一個 PTP 網(wǎng)絡(luò)只能存在一個主時鐘。
? PTP 協(xié)議主要分為兩大部分來實現(xiàn)時鐘同步功能：
? 1袍辞、建立同步體系：
? 協(xié)議使用最佳主時鐘算法（Best Master Clock Algorithm鞋仍，BMCA），通過選取主時鐘搅吁，建立主從拓撲關(guān)系威创，進而在整個 PTP 網(wǎng)絡(luò)中建立起同步體系。
? 2谎懦、同步本地時鐘：
? 協(xié)議使用本地時鐘同步算法（Local Clock Synchronization Algorithm肚豺，LCS），通過 PTP 數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡(luò)主從節(jié)點之間的交換界拦，計算各從節(jié)點本地時鐘與主時鐘間的時間偏差吸申，調(diào)整本地時鐘，使之與主時鐘同步享甸。
IEEE 1588v1
? 整個 PTP 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時鐘可按照其上 PTP 通信端口的數(shù)目來劃分成普通時鐘（Ordinary Clock截碴，OC）與邊界時鐘（Boundary Clock，BC）：普通時鐘只存在一個蛉威，而邊界時鐘則存在多個日丹。一般在確定性不高的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處使用邊界時鐘，例如交換機或者路由器一般用作邊界時鐘蚯嫌，如下圖所示哲虾。在每個端口上，PTP 通信都是獨立進行的齐帚。
? 1妒牙、邊界時鐘：
? 邊界時鐘上只允許存在一個從端口，與上級節(jié)點的主端口通信对妄，將其本地時鐘與級主端口進行同步。其余端口為主端口敢朱，與下游節(jié)點的從端口進行通信剪菱。邊界時鐘可以連接不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
? 2拴签、同步體系建立流程：
? （1）初始狀態(tài)孝常，各個節(jié)點端口會在指定的時間內(nèi)偵聽網(wǎng)絡(luò)中的 Sync 數(shù)據(jù)幀； 若接收到 Sync 數(shù)據(jù)幀蚓哩，節(jié)點端口將根據(jù)最佳主時鐘算法決定端口狀態(tài)构灸。若沒有收到 Sync 數(shù)據(jù)幀，該節(jié)點狀態(tài)變更為 Pre_Master岸梨，并將自己假定為主時鐘節(jié)點喜颁。此時節(jié)點端口狀態(tài)表現(xiàn)為主時鐘稠氮，但是并不發(fā)送 Sync 幀。
? （2）端口狀態(tài)在一定時間內(nèi)保持 Pre_Master：
若在端口指定時間內(nèi)接收到 Sync 數(shù)據(jù)幀半开，則該端口狀態(tài)由最佳主時鐘算法決定隔披。
若判定端口為主時鐘，則將周期性地發(fā)送 Sync 幀寂拆；若判定為從時鐘奢米，則接受 Sync 幀，并計算偏差纠永，糾正本地時鐘鬓长。
? 若在該時間段內(nèi)端口沒有收到 Sync 數(shù)據(jù)幀，則將狀態(tài)變更為主時鐘尝江，并且開始定時發(fā)送 Sync 數(shù)據(jù)幀涉波。
? （3）主時鐘和從時鐘的狀態(tài)隨著時鐘性能與運行狀態(tài)的變化而變化。下圖展示了 BMCA 中狀態(tài)轉(zhuǎn)移茂装。
? 3怠蹂、時間同步建立流程：
? 如下圖PTP同步原理
? 如圖所示，Master為網(wǎng)路中的同步時鐘源少态，可以認為其與UTC或者GPS時無限接近城侧。Slave為網(wǎng)絡(luò)中需要被同步設(shè)備。假設(shè)從Master到Slave的路徑符合對稱路徑彼妻，那么路徑上的延時我們設(shè)Delay嫌佑，然后設(shè)備Master和設(shè)備Slave之間待同步的時間差值為Offset，即Slave比Master在同一時刻慢Offset侨歉。
? 可以算出
? Slave設(shè)備根據(jù)算出的Offset即可以進行本地時鐘校準屋摇。但是1588V1協(xié)議依賴于鏈路的對稱性，即Master到Slave與Slave到Master時延一致幽邓，這在實際網(wǎng)絡(luò)狀況下很難滿足炮温，故需要額外的不對稱算法進行鏈路延時差計算和補償校準。
IEEE 1588v2
? IEEE1588V2在IEEE1588V1版本上做了改進和擴展牵舵。主要包括：
? 1.新增點到點路徑延時測量的獨立消息模式柒啤。
端口 A 與端口 B 間的路徑延遲時間 Delay 為
? 在 PTPv1 中，平均路徑延遲測量時通過 Sync 幀與 Delay_Req 幀配合使用的畸颅，但是在 PTPv2 中卻不需要 Sync 幀的參與担巩，僅通過 PDelay_Req 數(shù)據(jù)幀系列來進行測量。這是一個獨立的延遲測量過程没炒，不依賴 Sync 幀和同步體系建立的參與涛癌，使得測量精度有所提高，并且可以經(jīng)過多次測量求得平均值得到更為準確的路徑延遲。另一方面拳话，如果網(wǎng)絡(luò)中的同步體系發(fā)生改變先匪，這時不需要重新計算該節(jié)點間的路徑延遲，直接使用之前已測得的延遲數(shù)據(jù)假颇，大大增強了協(xié)議執(zhí)行的效率胚鸯，使得協(xié)議更為方便靈活。在PTPv2 中笨鸡，利用 PDelay_req 數(shù)據(jù)幀系列已成為主要的測量路徑延遲方法姜钳。
? 2、新增透明時鐘模型
? 在 PTPv1 中形耗，網(wǎng)絡(luò)中間節(jié)點均采用邊界時鐘模型哥桥。與網(wǎng)絡(luò)中唯一的主時鐘，即一個普通時鐘連接的邊界時鐘激涤，其上唯一的從端口接收主節(jié)點發(fā)送的同步數(shù)據(jù)幀拟糕，與主時鐘實現(xiàn)同步，其余的主端口和與之相連的其他邊界時鐘發(fā)送同步數(shù)據(jù)幀倦踢，最后同步到網(wǎng)絡(luò)邊緣的普通時鐘送滞，這樣便實現(xiàn)了整個網(wǎng)絡(luò)的時間同步。這種方法雖然可行辱挥，但是由于這種方式是逐級同步犁嗅，所以距離主時鐘越遠的節(jié)點，同步精度越低晤碘。
? 當網(wǎng)絡(luò)中的一些節(jié)點不需要進行時鐘同步或者不具備同步功能時褂微，便可采用透明時鐘模型。透明時鐘不像 BC/OC 模式那樣园爷，需要每個節(jié)點都與主時鐘進行同步宠蚂，它的端口只對協(xié)議數(shù)據(jù)幀進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將計算出的數(shù)據(jù)幀滯留時間添加在校正域中童社。這種方式將 PTP 數(shù)據(jù)幀的處理變得更為簡單求厕，降低了網(wǎng)絡(luò)中 PTP 協(xié)議的實施難度，同時提高了各從節(jié)點的同步精度扰楼。
? 透明時鐘有模型兩種：端對端透明時鐘甘改，和點對點透明時鐘。
? （1）端對端（E2E）透明時鐘
? E2E 透明時鐘對網(wǎng)絡(luò)中普通數(shù)據(jù)幀不做任何處理灭抑，僅進行轉(zhuǎn)達讓其正常通過。但是對于 PTP 事件數(shù)據(jù)幀抵代，則將他們從接收端口到發(fā)送端口間的駐留延遲時間累加到數(shù)據(jù)幀中的修正域腾节，用以彌補 PTP 數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過其自身所帶來的延遲誤差。
? （2）點對點（P2P）透明時鐘
? 點對點（P2P）透明時鐘只轉(zhuǎn)發(fā)特定的 PTP 報文，包括 Sync 幀案腺、Follo_Up 幀和Announce 幀等庆冕。并且會采用 Pdelay_Req 數(shù)據(jù)幀系列計算每個端口與所連接的端口間的路徑延遲時間，再與端口間延遲時間合并添加到時間修正域劈榨，來補償數(shù)據(jù)幀從源端口到點對點透明時鐘出端口的時間延遲访递。
? 3、增加單步時鐘模型
? 單步時鐘模型解決了 Follow_Up 幀與 Sync 幀匹配問題同辣。PTP 協(xié)議基本的同步過程采用雙步模式拷姿，即主時鐘節(jié)點發(fā)送 Sync 幀，和帶有 Sync 幀發(fā)送時間的Follow_Up幀旱函。這種方式雖然能提高 Sync 幀時間戳標記的精度响巢，提高同步效果，但是在網(wǎng)絡(luò)負載較大的情況下棒妨，數(shù)據(jù)幀很有可能發(fā)生丟失或者阻塞踪古，造成兩種數(shù)據(jù)幀的匹配出現(xiàn)差錯。
? 在 PTP 數(shù)據(jù)幀中設(shè)置一個標志券腔，來使用單步模式伏穆，將 Sync 幀的發(fā)送時間與數(shù)據(jù)幀中的時間標簽的差值作為傳輸延遲，并將其累加到修正域中纷纫。這樣主時鐘便通過單獨的 Sync 幀而不需要 Follow_Up 進行時間的同步校準工作枕扫。
? 單步模式可以減少網(wǎng)絡(luò)流量，提高網(wǎng)絡(luò)負載較大時同步的可靠性涛酗。單步模式需要額外的輔助硬件铡原，來幫助計算時間修正值并將其累加到校正域中，這對網(wǎng)絡(luò)的實時性有比較高的要求商叹。
BMCA
? BMCA燕刻，即最佳主時鐘算法，它選擇網(wǎng)絡(luò)中性能最佳的時鐘作為主時鐘剖笙，并以
此建立網(wǎng)絡(luò)拓撲卵洗，生成同步體系，進而實現(xiàn)時鐘同步功能弥咪。
? 最佳主時鐘的選取是通過Announce幀在網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的傳輸过蹂，比較各個節(jié)點上的時鐘屬性（比如是否將時鐘指定為主或者從時鐘），用于標識精度的時鐘等級聚至，以及用于標識時鐘源類型的時鐘類型（比如銣鐘酷勺、銫鐘等），還有表示時鐘偏移扳躬、方差等的時鐘特性脆诉、時鐘地址以及時鐘端口號等特征來選擇最佳主時鐘甚亭，當其他時鐘特征都一樣是，協(xié)議會將端口號最小的節(jié)點時鐘作為主時鐘击胜。IEEE 1588協(xié)議會以主時鐘節(jié)點作為根節(jié)點形成樹形拓撲結(jié)構(gòu)亏狰，并且為避免生成回路，那些競爭失敗的節(jié)點端口偶摔，協(xié)議將他們定義為被動或者禁用狀態(tài)暇唾。
