200902-IEEE 1588 PTP 同步以太网测试技术介绍
IEEE1588精密时钟同步协议测试技术
IEEE1588精密时钟同步协议测试技术1 引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M 提高到100M，GE，10GE。
40GE，100GE 正式产品也将于2009 年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP 网络上就可以随时使用其提供的业务。
但是，只有“同步的”的IP 网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP 网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前，电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP 网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms 之内，现行的互联网网络时间协议NTP（NetworkTimeProtocol），简单网络时间协议SNTP（SimpleNetwork TimeProtocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP 网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588 技术及其测试实现。
2 IEEE1588PTP 介绍IEEE1588PTP 协议借鉴了NTP 技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588 标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE1588Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP 时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现
IEEE1588的高精度时间同步算法的分析与实现IEEE1588，也被称为精确时间协议（PTP），是一种用于网络中实现高精度时间同步的协议。
它在各种工业应用和通信系统中被广泛采用，因为它可以提供微秒级甚至亚微秒级的精度，满足了许多应用的实时性要求。
首先，IEEE 1588协议需要在网络中选择一个主时钟（Master Clock），作为时间同步的源头。
主时钟拥有最高的时间精度，并将其时间信息通过数据包广播给其他时钟节点。
其他节点被称为从时钟（Slave Clock），它们通过接收到的时间数据来调整自身的时钟，并与主时钟保持同步。
在主时钟启动时，它会周期性地发送特殊的数据包，称为同步事件（Sync Event）。
这些数据包包含了主时钟的当前时间戳，从时钟接收到这些数据包后，会记录接收时间戳。
当从时钟收到一定数量的同步事件后，它会计算出与主时钟的相对时间差，并根据这个时间差来调整自身的时钟。
为了确保时间同步的准确性，IEEE 1588采用了两个重要的概念，即时钟同步和时间戳校准。
时钟同步通过周期性的同步事件来实现，从而减小网络延迟带来的时间误差。
而时间戳校准则通过周期性地发送延迟请求（Delay Request）和延迟响应（Delay Response）数据包来估计网络延迟，并相应地调整时间戳。
在实际的实现中，IEEE1588通常使用硬件支持或软件实现的方式。
硬件支持一般通过专用的电路芯片或FPGA来实现，它们能够提供更高的时间精度和更低的延迟。
而软件实现则是在通用的计算机上运行，通过操作系统和网络协议栈来实现时间同步功能。
在软件实现中，IEEE1588通常依赖于操作系统的时钟服务和网络协议栈。
操作系统的时钟服务提供了计算机系统的时间信息，并提供了时间戳的功能。
网络协议栈则负责封装和发送数据包，并处理收到的数据包以提取时间戳信息。
在实现中，需要考虑以下几个关键问题：1.时间同步精度：在实现中，需要根据具体应用的要求选择合适的时钟源和自适应算法，以达到所需的精度。
IEEE-1588精密时间协议──封包网路上的频率同步
IEEE-1588精密时间协议──封包网路上的频率同步IEEE 1588精密時間協議──封包網路上的頻率同步電信網路正從電路交換技術快速轉向封包交換技術，以滿足核心網路和接取網路對頻寬需求的迅速擴大。
傳統的電路交換TDM網路本身就支援在整個網路上實現精密頻率同步。
為了確保向終端用戶設備提供高等級QoS，無線基地台和多服務接取點(MSAN)等接取平台仍然依賴網路回傳連接上提供的同步功能。
在電信網中，能否透過乙太網路向遠端無線基地台和接取平台提供營運級的同步品質，是向乙太網路回傳網路演進的關鍵。
時間傳輸協定最初使用時間傳輸協定的電信設備是透過伺服控制迴路驅動遠端網元(如街道機箱接取平台和無線基地台)中的參考振盪器。
這些遠端網元中的參考振盪器以前都是從T1/E1 TDM回傳連接恢復同步。
只要TDM傳輸網路可以追蹤到基準參考時脈(PRC)，遠端網元就能採用相對簡單的伺服控制將它們的振盪器鎖定到可追蹤PRC的回傳反饋時脈。
當回傳連接變成乙太網路──遠端網元與同步源相互隔離時問題就來了。
本文將討論如何使用乙太網路上的IEEE 1588精密時間協議(PTP)向遠端網元提供同步。
雖然乙太網路已得到廣泛普及，是低價連接的理想介質，但並不非常適合要求精密同步的應用。
乙太網路生來就是非確定性的網路，很難提供要求同步的即時或對時間敏感的應用。
PTP透過網路實體層的硬體時間戳技術很好地克服了乙太網路的延遲和抖動問題，因此使用乙太網路承載時脈數據封包可以達到100ns範圍內的空前精密度，進而顯著節省成本。
下一代網路的同步功能基於GPS的衛星接收器可以提供小於100ns 的精密度，經常被用於精密時間與頻率同步非常關鍵的領域，如電信、軍事和航空應用。
但提高精密度成本巨大。
基於GPS的系統需要安裝室外天線，確保直接看到天空以便接收低功率的衛星傳輸訊號，這不僅增加了費用，而且對設備的實體架構也帶來了額外的負擔。
基於這個理由，GPS最適合在局端作為電信網路的基準參考時脈，然後使用其它技術向遠端設備分配同步和定時。
IEEE 1588 PTP对时系统原理以应用
IEEE1588 PTP对时系统原理及特点随着网络技术的快速发展，以太网的定时同步精度也在不断入提高，为了适应网络技术的变化，人们开发出了NTP网络时间协议来提高各网络设备的定时同步功能，但在一些对时间精度要求很高的行业中，NTP还是不能满足各设备之间的定时同步精度。
而IEEE 1588 PTP 对时系统，可以解决一些高精度设备所需要的时间信息，并实现时间同步。
IEEE 1588标准被称为“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准”或简称为“PTP”。
IEEE 1588标准是通过一个同步信号周期性对网络中所有节点的时钟进行校正同步，并使以太网的分布式系统实现精确时间同步，IEEE 1588 PTP对时系统可以应用于任何组播网络中。
IEEE 1588将整个网络内的时钟分为两种，普通时钟和边界时钟，只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。
其中边界时钟通常用在确定性较差的网络设备，如交换机和路由器上。
从通信关系上又把时钟分为主时钟和从时钟，任何时钟都能作为主时钟和从时钟，并且保证从时钟与主时钟时间同步。
IEEE 1588 PTP对时系统可以实现主时钟和从时钟功能，在系统的同步过程中，IEEE 1588 PTP对时系统提供时间同步及时间信息，SYN2403型PTP精密从时钟接收SYN2401型PTP精密主时钟发来的时间戳信息，系统根据此信息计算出主从线路时间延迟及主从时间差，并利用该时间差调整本地时间，从而使设备时间保持与主设备时间一致的频率和相位,实现频率同步和时间同步。
PTP与其他网络同步协议如SNTP和NTP相比，主要区别PTP针对更安全和更稳定的网络环境设计，占用网络和计算机资源更少。
SYN2401型PTP精密主时钟目前的版本是IEEE1588-2008，PTP V2，主要应用于本地化、网络化的系统，内部组件相对稳定。
1588PTP网络时钟服务器（时间同步）技术应用方案
1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案1588PTP⽹络时钟服务器（时间同步）技术应⽤⽅案京准电⼦科技官微——ahjzsz1. 概述1.1. PTP起源伴随着⽹络技术的不断增加和发展，尤其是以太⽹在测量和控制系统中应⽤越来越⼴泛，计算机和⽹络业界也在致⼒于解决以太⽹的定时同步能⼒不⾜的问题，以减少采⽤其它技术，例如IRIG-B等带来的额外布线开销。
于是开发出⼀种软件⽅式的⽹络时间协议（NTP），来提⾼各⽹络设备之间的定时同步能⼒。
1992年NTP版本的同步准确度可以达到200µs，但是仍然不能满⾜测量仪器和⼯业控制所需的准确度。
为了解决这个问题，同时还要满⾜其它⽅⾯需求。
⽹络精密时钟同步委员会于2001年中获得IEEE仪器和测量委员会美国标准技术研究所（NIST）的⽀持，该委员会起草的规范在2002年底获得IEEE标准委员会通过，作为IEEE1588标准。
该标准定义的就是PTP协议（Precision Time Protocol）。
1.2. PTP应⽤环境PTP适合⽤于⽀持单播，组播消息的分布式⽹络通信系统，例如Ethernet。
同时提供单播消息的⽀持。
协议⽀持多种传输协议，例如UPD/IPv4，UDP/IPv6，Layer-2 Ethernet，DeviceNet。
协议采⽤短帧数据传输以减少对⽹络资源使⽤，算法简单，对⽹络资源使⽤少，对计算性能要求低，适合于在低端设备上应⽤。
1.3. PTP⽬标⽆需时钟专线传输时钟同步信号，利⽤现有的数据⽹络传输时钟同步消息。
降低组建时间同步系统的费⽤。
在提供和GPS相同的精度情况下，不需要为每个设备安装GPS那样昂贵的组件，只需要⼀个⾼精度的本地时钟和提供⾼精度时钟戳的部件，成本相对较低。
采⽤硬件与软件结合设计，并对各种影响同步精度的部分进⾏有效矫正，以提供亚微妙级的同步精度。
独⽴于具体的⽹络技术，可采⽤多种传输协议。
IEEE1588PTP同步时钟在电力系统应用的可
IEEE1588 PTP 同步时钟在电力系统应用的可IEEE1588(PTP)同步时钟在电力系统应用的可行性方案探讨摘要：本文介绍了电力系统时间同步的基本概况，对目前电力系统所采用的各种时间同步方案作了较为具体的研究，并指出目前电力系统中所采用的时间同步技术的局限性以及存在的问题。
在此基础上，以发电厂作为一个应用实例，结合IEEE1588(PTP)协议本身的特点，提出了一个基于IEEE1588(PTP)时间精确同步协议的应用方案。
在综合各种理论分析和方案对比的基础上，分析并指出在电力系统中采用IEEE1588(PTP)时间同步标准作为时间同步方案是可行也是可取的。
一、电力系统时间同步基本概况电力系统是时间相关系统，无论电压、电流、相角、功角变化，都是基于时间轴的波形。
近年来，超临界、超超临界机组相继并网运行，大区域电网互联，特高压输电技术得到发展。
电网安全稳定运行对电力自动化设备提出了新的要求，特别是对时间同步，要求继电保护装置、自动化装置、安全稳定控制系统、能量管理系统(EMS)和生产信息管理系统等基于统一的时间基准运行，以满足事件顺序记录(SOE)、故障录波、实时数据采集时间一致性要求，确保线路故障测距、相量和功角动态监测、机组和电网参数校验的准确性，以及电网事故分析和稳定控制水平，提高运行效率及其可靠性。
未来数字电力技术的推广应用，对时间同步的要求会更高。
目前，电力系统中的时间同步处于"各自为政"的状态，要求对时的每套系统都配置一套独立的时钟系统，通常选用美国的全球定位系统(GPS)接收器，结果使电力企业、电厂、变电站的楼顶天线林立。
由于处理方式、接口标准不统一，这些时间接收系统相互间不通用、无法互联，更不用说形成互为备用，而且整个系统的可靠性无法保证，过于依赖于GPS。
为了逐步实现全电网的统一时间，有必要在发电厂、变电站、控制中心、调度中心建立集中和统一的电力系统时间同步系统，而且要求该系统能基于不同的授时源建立时间同步并互为热备用。
IEEE1588
IEEE1588简介
IEEE1588（the Precision Time Protocol 简称为 PTP）全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协 议标准”，是针对基于工业以太网的测控系统的时间同 步协议。IEEE1588协议是通用的提升网络系统定时同 步能力的规范，在起草过程中主要参考以太网来编制， 使分布式通信网络能够具有严格的定时同步，并且应 用于工业自动化系统。基本构思是通过硬件和软件将 网络设备的内时钟与主控机的主时钟实现同步，提供 同步建立时间小于10μs的运用，与未执行IEEE1588协 议的以太网延迟时间1，000μs相比，整个网络的定时 同步指标有显著的改善。IEEE1588协议比较简单，所 占用的网络和计算机资
这里要说明的是，式(1) 中的one_way_delay 指的是主时 钟与从时钟之间的传输延迟时间，它将在下面的延迟测量 阶段测出，所以在这里是未知的。由于报文传输网络存在 着一定的延迟，因此还应进行网络延迟的测量。 第二阶段:网络延迟测量。从时钟发出延迟请求报文 Delay_Req ，并记录发送时间Ts2 ，当Delay_Req 到达主 时钟时，主时钟记录其到达时间Tm2 ，再用报文 Delay_resp将Tm2 发送给从属时钟。 这样，从时钟就得到了4 个准确的时间点: Tm1 、Ts1 、 Tm2 、Ts2 。由下列方程可以非常准确地计算出网络延时。 主时钟传输到从时钟的延时: master_to_slave_delay = Ts1-Tm1 从时钟传输到主时钟的延时:
谢谢！
IEEE1588协议原理
1 . IEEE1588时钟 2 . IEEE1588同步原理
1.IEEE1588时钟
一个1588精确时钟（PTP）系统包括多个节点，每个 节点都有一个时钟，时钟之间经由网络连接。原理上 可分为两种时钟:普通时钟和边界时钟。只有一个PTP 通信端口的时钟叫普通时钟，而有两个或更多的PTP 通信端口且每个端口均能提供独立的PTP 通信的时钟 叫边界时钟。在系统中，根椐相互之间通信关系又可 以将网络中的时钟分为主时钟和从时钟，一个PTP 通 信子网内只有一个主时钟，其余的是从时钟。在一个 局域网中时钟精度等级最高的时钟叫做祖主时钟，它 通常采用原子时钟或GPS时钟担任，在它的下层可连 接边界时钟或从时钟。主时钟为整个系统提供
IEEE1588时钟（PTP时钟系统）介绍
IEEE1588时钟（PTP时钟系统）介绍展开全文1、 IEEE1588介绍IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
一个PTP系统是一个分布式的网络系统，它是由PTP设备和一部分非PTP设备组成。
PTP设备包括普通时钟（ordinary clocks），边界时钟（boundary clocks），端对端时钟（end-to-end transparent clocks），点对点时钟（peer-to-peer transparent clocks）和管理节点。
非PTP设备包括网桥，路桥及其他基础结构设备，也可能包括计算机，打印机和其他应用设备。
1.1 PTP设备分类1）Ordinary clock 普通时钟一个普通时钟通过基于一个物理端口上的两个逻辑接口在网络上通信。
事件接口用于发送和接收事件报文，通用接口用于发送和接受通用报文。
在一个PTP的域内，普通时钟只能处于唯一的一种状态，可以是主钟，也可以是从钟。
一个普通时钟维护两种类型的数据集：时钟数据集和端口数据集。
协议引擎负责：发送和接受PTP报文，维护数据集，执行与端口关联的状态机，根据接收到的PTP时间报文和产生的时间戳计算主机时间（如果端口处于从状态）。
2）Boundary clock 边界时钟边界时钟通常会有多个物理端口，每个物理端口有两个逻辑接口：时间和通用。
边界时钟的每个端口与普通时钟基本一致。
边界时钟所有的端口的时钟数据集是公用的，公用一个本地时间。
每个协议引擎会有额外的功能来解析所有端口的状态，从而决定哪个端口用来提供时间信号来同步本地时钟。
IEEE 1588协议在构建测试与测量系统中的好处及重要性
IEEE 1588协议在构建测试与测量系统中的好处及重要性定时和同步在构建测试与测量（T&M）系统中至关重要，因此IEEE 1588精密时间协议的易用性和高性能对系统设计师来说具有特殊吸引力。
本文将概述IEEE 1588给T&M系统带来的好处，特别是与LXI B类仪器功能配对使用时的好处；此外，这篇文章还会介绍如何将这些功能集成进仪器中，从而为高性能测试系统创建提供强大的构建模块。
IEEE 1588概述IEEE 1588规定了一种精密时间协议（PTP），这种协议可以用来同步T&M系统中的时钟。
在T&M系统实现PTP时，系统中的每台仪器、计算机或其它控制器都会有一个时钟。
PTP 允许同步所有这些时钟，并使它们保持同步。
PTP要求在所有设备之间进行数据通信；在T&M系统中，一般利用以太网LAN实现通信。
在T&M应用中也用过其它时间同步方法，包括网络时间协议（NTP）、全球定位卫星（GPS）系统和参考晶振信号的硬件方式分配。
然而，与上述这些方法相比，基于IEEE 1588的系统可以提供更精密和更准确的同步性能，还能提供标准以太网LAN网络连接所带来的好处。
另外有迹象表明，IEEE 1588将在T&M 领域之外得到广泛使用，从而具有更广泛的实用性，并通过规模经济实现IEEE 1588系统成本的下降。
LXI仪器与IEEE 1588LXI概述：LXI（用于仪器的LAN扩展）联盟由最主要的一些T&M公司组成。
自从几年前成立后，LXI联盟已经开发并发布了有关在仪器中使用以太网网络的数条标准。
该联盟已经意识到IEEE 1588协议的潜力，因此LXI标准要求在多类LXI仪器中包含对IEEE 1588的支持。
LXI分类：LXI标准定义了三种设备。
最基本的一类是C类设备，它规定了一致的LAN实现以及用于设置、控制和数据访问的web浏览器接口。
这类设备还要求为规划中的接口提供IVI仪器驱动程序。
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术
IEEE 1588精密时钟同步协议测试技术关键字：基站数字示波器光纤测试仪光谱仪自动化测试基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
1引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M提高到100M，GE，10GE。
40GE，100GE正式产品也将于200 9年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP网络上就可以随时使用其提供的业务。
但是，只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前，电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms之内，现行的互联网网络时间协议NTP（Network Time Prot ocol），简单网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术（TDM over Ethernet）作为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588技术及其测试实现。
2 IEEE 1588PTP介绍IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clo ck Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
IEEE1588及其测试方法简介
( 2012/2/8 10:51 )1 IEEE1588概述IEEE1588定义了为网络测量和控制系统提供精确时钟同步协议的标准，运营商、电力、制造、运输等各大行业的部分系统都需要一个能在低成本、易部署的以太网上为其提供高精度时钟同步的方法，IEEE1588能满足此需求。
可以预见，IEEE1588将是这些业务系统的重要组成部分，在部署它之前需要对设备能力进行充分的测试，以确保满足业务要求。
IEEE1588分为两个版本，本文参照版本2——IEEE Std 1588-2008。
2 IEEE1588基本原理2.1 IEEE1588几个基本概念●域(Domain)是一个逻辑概念，属于同一个域的设备之间进行信息同步，不同域之间不需要同步。
●普通时钟(Ordinary Clock)，在一个域中只有一个运行PTP协议的端口，既可以是主时钟，也可以是从时钟。
●边界时钟(Boundary Clock)，在一个域中有多个运行PTP协议的端口，可以同时是主时钟和从时钟。
●端到端(End-to-end)E2E透明时钟，位于主从时钟之间，计算自身的驻留时间并累加到报文的修正域中。
●点到点(Peer-to-peer)P2P透明时钟，位于主从时钟之间，计算点到点链路时延和自身的驻留时间并累加到报文的修正域中。
2.2 主从关系的建立在一个域中，普通时钟和边界时钟的每个端口都有各自独立的状态，各个端口通过最佳主时钟算法(BMC，Best Master Clock algorithm)，比较收到的宣告(Announce)报文内容以及自身配置，计算端口状态，状态包括主、从、消极(既不是主时钟，也不向主时钟同步，出现在环路情况下)，BMC算法在一个网段上只会选择一个主设备。
此外，一个域中还存在一个超级主时钟(Grandmaster Clock)，其它设备的都直接或间接向其同步。
一个域中会达到一个相对稳定的状态，具体参见图1。
图1 主从关系的建立2.3 PTP协议报文交互PTP协议是IEEE1588的核心协议，设备之间通过运行PTP协议，交互PTP报文，实现时间和频率的同步。
IEEE Std 1588基本技术
PTP网络中的节点类型
• OC: Ordinary Clock • BC: Boundary Clock • TC: Transparent Clock
– P2P-TC – E2E-TC
2P 透明时 钟TC
边界时 钟BC
E2E 透明时 钟TC,
• MN: Management Node
IEEE Std 1588基本技术
主讲：胡啸
2012.05
电力系统中常用的对时方式
IRIG-B码
光IRIG-B码 电IRIG-B码（AC、DC）
脉冲对时（PPS、PPM） 串行口报文对时 NTP、SNTP对时 IEEE Std 1588网络对时（PTP对时）
PTP对时与其它对时方案 的对比
PTP中的BMC功能
BMC：Best Master Clock，即最优主钟算法 • BMC算法主要 GC a GC b 用于解决网络 中多台主钟设 备共享的问题 网络 A • BMC算法的实 网络 B 现是通过主钟 广播 Announce IED IED IED IED 报文实现的
PTP 交换机 TC PTP 交换机 TC
乒乓对时原理
• 基本的乒乓对时原理与NTP对时原理是一致的
PTP通信方式
通信协议层
IEEE802.3(二层协议报文) UDP/IPv4(三层协议报文) UDP/IPv6(三层协议报文)
PTP通信方式
单播与多播
多播
使用01-1B-19-00-00-00 或01-80-C2-00-00-0E 作为目的 MAC地址 使用224.0.1.129，224.0.0.107为目的IP（UDP时） 使用319,320 为目的通信端口（UDP时）
PTP时间同步技术介绍
PTP时间同步技术介绍PTP（Precision Time Protocol）是一种用于在计算机网络中同步时间的技术。
它是IEEE标准1588制定的一种协议，旨在提供高精度的时间同步，并能够适用于各种网络环境。
PTP的工作原理基于主从架构。
在网络中，有一台主时钟（Master Clock）和多台从时钟（Slave Clock）进行通信。
主时钟通过发送时间戳来同步从时钟，同时从时钟接收时间戳来进行校准。
PTP使用网络中的数据包进行通信，以保证时钟的同步性。
PTP的主要特点是高精度和实时性。
它能够提供微秒级的同步精度，满足许多需要高时间同步性能的应用场景，如金融交易、工业自动化和电力系统等。
相比于其他时间同步技术，如网络时间协议（NTP）和根据GPS同步的时间服务器，PTP具有更高的时间精度和更低的延迟。
PTP的核心机制是时间戳同步。
主时钟在网络中发送时间戳数据包，从时钟接收并根据这些时间戳进行校准。
PTP使用两个不同的时间戳：Event Message和Sync Message。
Event Message用于标记特定事件的发生时间，而Sync Message用于同步时钟和测量网络延迟。
PTP协议主要分为两种模式：单播模式和多播模式。
在单播模式下，主时钟通过单独的数据包向每个从时钟发送时间戳。
这种方式适用于小规模网络或需要精确控制的应用场景。
多播模式下，主时钟将时间戳广播到整个网络中的所有从时钟。
这种方式适用于大规模网络或不需要精确控制的应用场景。
PTP还支持时钟纠正机制。
在主从时钟进行通信时，可能会出现网络延迟和不可预测的因素影响时间同步。
为了解决这个问题，PTP提供了时钟纠正的功能。
从时钟根据接收到的时间戳来估计网络延迟，并调整自己的时钟来消除延迟。
PTP还有一些扩展功能，用于提高可靠性和性能。
其中之一是时钟分级（Clock Hierarchy），用于支持多个主从时钟之间的级别关系。
另一个是透明时钟（Transparent Clock），用于在网络设备中进行时间戳的处理和转发，减少网络延迟。
IEEE 1588PTP介绍
IEEE 1588PTP介绍IEEE 1588PTP协议借鉴了NTP技术，具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
IEEE 1588将整个网络内的时钟分为两种，即普通时钟（Ordinary Clock，OC）和边界时钟（Boundary Clock，BC），只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。
其中，边界时钟通常用在确定性较差的网络设备（如交换机和路由器）上。
从通信关系上又可把时钟分为主时钟和从时钟，理论上任何时钟都能实现主时钟和从时钟的功能，但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。
整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC（Grandmaster Clock），有着最好的稳定性、精确性、确定性等。
根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC（通用协调时间）的可追溯性等特性，由最佳主时钟算法（Best Master Clock）来自动选择各子网内的主时钟；在只有一个子网的系统中，主时钟就是最高级时钟GMC。
每个系统只有一个GMC，且每个子网内只有一个主时钟，从时钟与主时钟保持同步。
图1所示的是一个典型的主时钟、从时钟关系示意。
图1 主时钟、从时钟关系示意图同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录，并且对每一条信息增加一个“时间戳”。
有了时间记录，接收端就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时。
IEEE1588及其测试方法简介
( 2012/2/8 10:51 )1 IEEE1588概述IEEE1588定义了为网络测量和控制系统提供精确时钟同步协议的标准，运营商、电力、制造、运输等各大行业的部分系统都需要一个能在低成本、易部署的以太网上为其提供高精度时钟同步的方法，IEEE1588能满足此需求。
可以预见，IEEE1588将是这些业务系统的重要组成部分，在部署它之前需要对设备能力进行充分的测试，以确保满足业务要求。
IEEE1588分为两个版本，本文参照版本2——IEEE Std 1588-2008。
2 IEEE1588基本原理2.1 IEEE1588几个基本概念●域(Domain)是一个逻辑概念，属于同一个域的设备之间进行信息同步，不同域之间不需要同步。
●普通时钟(Ordinary Clock)，在一个域中只有一个运行PTP协议的端口，既可以是主时钟，也可以是从时钟。
●边界时钟(Boundary Clock)，在一个域中有多个运行PTP协议的端口，可以同时是主时钟和从时钟。
●端到端(End-to-end)E2E透明时钟，位于主从时钟之间，计算自身的驻留时间并累加到报文的修正域中。
●点到点(Peer-to-peer)P2P透明时钟，位于主从时钟之间，计算点到点链路时延和自身的驻留时间并累加到报文的修正域中。
2.2 主从关系的建立在一个域中，普通时钟和边界时钟的每个端口都有各自独立的状态，各个端口通过最佳主时钟算法(BMC，Best Master Clock algorithm)，比较收到的宣告(Announce)报文内容以及自身配置，计算端口状态，状态包括主、从、消极(既不是主时钟，也不向主时钟同步，出现在环路情况下)，BMC算法在一个网段上只会选择一个主设备。
此外，一个域中还存在一个超级主时钟(Grandmaster Clock)，其它设备的都直接或间接向其同步。
一个域中会达到一个相对稳定的状态，具体参见图1。
图1 主从关系的建立2.3 PTP协议报文交互PTP协议是IEEE1588的核心协议，设备之间通过运行PTP协议，交互PTP报文，实现时间和频率的同步。
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IEEE 1588 PTP同步以太网测试技术介绍1 引言以太网技术由于其开放性好、价格低廉和使用方便等特点，已经全面广泛应用于电信级别的网络中，以太网的数据传输速度也从早期的10M提高到100M、GE、10GE，40GE和100GE正式产品也将于2009年推出。
以太网技术是“即插即用”的，也就是将以太网终端接到IP网络上就可以随时使用其提供的业务，但是，只有“同步的”的IP网络才是一个真正的电信级网络，才能够为IP网络传送各种实时业务与数据业务的多重播放业务提供保障。
目前电信级网络对时间同步要求十分严格，对于一个全国范围的IP网络来说，骨干网络时延一般要求控制在50ms之内，现行的互联网网络时间协议NTP（Network Time Protocol），简单网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）等不能达到所要求的同步精度或收敛速度。
基于以太网的时分复用通道仿真技术– TDM over Ethernet做为一种过渡技术，具有一定的以太网时钟同步概念，可以部分解决现有终端设备用于以太网的无缝连接问题。
IEEE 1588标准则特别适合于以太网，可以在一个地域分散的IP网络中实现微秒级高精度的时钟同步。
本文重点介绍IEEE 1588 技术及其测试实现。
2 IEEE 1588 PTP介绍IEEE 1588 PTP协议借鉴了NTP技术，但具有容易配置、快速收敛以及对网络带宽和资源消耗少等特点。
IEEE1588标准的全称是“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准（IEEE 1588 Precision Clock Synchronization Protocol）”，简称PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通过一个同步信号周期性的对网络中所有节点的时钟进行校正同步，可以使基于以太网的分布式系统达到精确同步，IEEE 1588 PTP时钟同步技术也可以应用于任何组播网络中。
IEEE 1588将整个网络内的时钟分为两种，普通时钟（OC - Ordinary Clock）和边界时钟（BC - Boundary Clock），只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟，有一个以上PTP通信端口的时钟是边界时钟，每个PTP端口提供独立的PTP通信。
其中，边界时钟通常用在确定性较差的网络设备如交换机和路由器上。
从通信关系上又可把时钟分为主时钟和从时钟，理论上任何时钟都能实现主时钟和从时钟的功能，但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。
整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC（Grandmaster Clock），有着最好的稳定性、精确性、确定性等。
根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC（通用协调时间）的可追溯性等特性，由最佳主时钟算法（Best Master Clock）来自动选择各子网内的主时钟；在只有一个子网的系统中，主时钟就是最高级时钟GMC。
每个系统只有一个GMC，且每个子网内只有一个主时钟，从时钟与主时钟保持同步。
图1是一个典型的主时钟、从时钟关系示意。
图1 主时钟、从时钟关系示意同步的基本原理包括时间发出和接收时间信息的记录，并且对每一条信息增加一个“时间戳”。
有了时间记录，接收端就可以计算出自己在网络中的时钟误差和延时。
为了管理这些信息，PTP协议定义了四种多点传送的报文类型和管理报文，包括同步报文（Sync），跟随报文（Follow_up），延迟请求报文（Delay_Req），延迟应答报文（Delay_Resp）。
这些报文的交互顺序见图2。
收到的信息回应是与时钟当前的状态有关的。
同步报文是从主时钟周期性发出的(一般为每两秒一次)，它包含了主时钟算法所需的时钟属性。
总的来说同步报文包含了一个时间戳，精确地描述了数据包发出的预计时间。
图2 PTP报文与交换顺序由于同步报文包含的是预计的发出时间而不是真实的发出时间，所以Sync报文的真实发出时间被测量后在随后的Follow_Up报文中发出。
Sync报文的接收方记录下真实的接收时间。
使用Follow_Up报文中的真实发出时间和接收方的真实接收时间，可以计算出从属时钟与主时钟之间的时差，并据此更正从属时钟的时间。
但是此时计算出的时差包含了网络传输造成的延时，所以使用Delay_Req报文来定义网络的传输延时。
Delay_Req报文在Sync报文收到后由从属时钟发出。
与Sync报文一样，发送方记录准确的发送时间，接收方记录准确的接收时间。
准确的接收时间包含在Delay_Resp报文中，从而计算出网络延时和时钟误差。
同步的精确度与时间戳和时间信息紧密相关。
纯软件的方案可以达到毫秒的精度，软硬件结合的方案可以达到微秒的精度。
PTP协议基于同步数据包被传播和接收时的最精确的匹配时间，每个从时钟通过与主时钟交换同步报文而与主时钟达到同步。
这个同步过程分为两个阶段：漂移测量阶段和偏移测量与延迟测量阶段。
第一阶段修正主时钟与从时钟之间的时间偏差，称为漂移测量。
如图3所示。
在修正漂移量的过程中，主时钟按照定义的间隔时间（缺省是2秒）周期性地向相应的从时钟发出惟一的同步报文。
这个同步报文包括该报文离开主时钟的时间估计值。
主时钟测量传递的准确时间T0K，从时钟测量接收的准确时间T1K。
之后主时钟发出第二条报文——跟随报文（Follow_Up Message），此报文与同步报文相关联，且包含同步报文放到PTP通信路径上的更为精确的估计值。
这样，对传递和接收的测量与标准时间戳的传播可以分离开来。
从时钟根据同步报文和跟随报文中的信息来计算偏移量，然后按照这个偏移量来修正从时钟的时间，如果在传输路径中没有延迟，那么两个时钟就会同步。
图3 PTP 时钟漂移测量计算为了提高修正精度，可以把主时钟到从时钟的报文传输延迟等待时间考虑进来，即延迟测量，这是同步过程的第二个阶段，如图4所示。
从时钟向主时钟发出一个“延迟请求”数据报文，在这个过程中决定该报文传递准确时间T2。
主时钟对接收数据包打上一个时间戳，然后在“延迟响应”数据包中把接收时间戳B送回到从时钟。
根据传递时间戳B和主时钟提供的接收时间戳D，从时钟计算与主时钟之间的延迟时间。
与偏移测量不同，延迟测量是不规则进行的，其测量间隔时间（缺省值是4到60秒之间的随机值）比偏移值测量间隔时间要大。
这样使得网络尤其是设备终端的负荷不会太大。
采用这种同步过程，可以消减PTP协议栈中的时间波动和主从时钟间的等待时间。
从图4右边可以看到延迟时间D 和偏移时间数值O的计算方法。
图4 PTP时钟延迟和偏移计算IEEE 1588 目前的版本是v2.2，主要应用于相对本地化、网络化的系统，内部组件相对稳定，其一大优点是标准非常具有代表性，并且是开放式的。
由于它的开放性，特别适合于以太网的网络环境。
与其他常用于Ethernet TCP/IP网络的同步协议如SNTP或NTP相比，主要区别是：PTP是针对更稳定和更安全的网络环境设计的，所以更为简单，占用的网络和计算资源也更少。
NTP协议是针对于广泛分散在互联网上的各个独立系统的时间同步协议。
GPS(基于卫星的全球定位系统)也是针对于分散广泛且各自独立的系统。
PTP定义的网络结构可以使自身达到很高的精度，与SNTP和NTP相反，时间戳更容易在硬件上实现，并且不局限于应用层，这使得PTP可以达到微秒以内的精度。
此外，PTP模块化的设计也使它很容易适应低端设备。
IEEE1588标准所定义的精确网络同步协议实现了网络中的高度同步，使得在分配控制工作时无需再进行专门的同步通信，从而达到了通信时间模式与应用程序执行时间模式分开的效果。
由于高精度的同步工作，使以太网技术所固有的数据传输时间波动降低到可以接受的，不影响控制精度的范围。
3 Ixia IEEE 1588 PTP测试方案美国Ixia公司目前提供最为完整的城域以太网功能、性能、一致性测试解决方案，并且最先在2-7层统一IP测试平台实现了IEEE 1588 PTP时钟同步技术方案。
关于Ixia 的城域以太网测试解决方案在以前有过详细介绍，在这里对相应的技术点和对应Ixia应用程序做一总结，见表1。
技术点方案对应Ixia 应用程序MEF 9 MEF 9 测试例，IoMetrix Lab推荐工具IxANVL 一致性测试MEF 14 MEF 14 测试例，IoMetrix Lab推荐工具IxAutomate 标准测试例IxANVL 一致性测试IP 路由RIP, OSPF, ISIS, EIGRP, BGPIxExplorer/IxNetwork/IxAutomate 功能和性能测试IxANVL 一致性测试MPLS LDP,RSVP-TEIxNetwork 功能和性能测试高可靠性（HA）特性Graceful Restart, Fast-Reroute,Bi-Directional ForwardingDetection (BFD)IxNetwork 功能和性能测试IxNetwork 功能和性能测试VPLS VPLS-LDP,VPLS-BGPIxAutomate 自动化测试套件IxANVL 一致性测试Q-in-Q VLAN stacking support, Routingover Q-in-Q IxExplorer/IxNetwork/IxAutomate 功能和性能测试STP/RSTP/MSTP 协议仿真与一致性测试IxANVL, IxNetworkMac-in-Mac(802.1ah)PBB/PBT(PBB-TE)数据平面和转发平面测试 IxNetwork LACP LACP test cases, 完整的协议仿真 IxAutomate, IxNetwork (end-to-end testing)10/100/1000EthernetCopper, Fiber and dual media ports 最高密度硬件，一个模块达16个端口 10 Gb Ethernet10G LAN/WAN/Uni-Phy 最高密度硬件，一个模块达8个端口 SONET(POS/SDH)OC3,12,48,192 所有Ixia 应用程序 IxNetwork 功能和性能测试以太网 OAM ITU-T Y .1731, IEEE 802.1ag, 802.3ahIxANVL 一致性测试802.1x, NAC (L2/L3) 安全Support for 802.1x, NAC (L2/L3) IxNetwork, IxLoad 功能和性能测试表1 Ixia 城域以太网测试方案与对应应用程序图5是典型的IEEE 1588 PTP 测试场景，Ixia 测试端口可以仿真普通时钟并处于主模式，被测设备，比如以太网交换机处于边界时钟状态，验证其对各种时钟报文的处理能力与实现；另外一种测试情况是Ixia 端口仿真边界时钟并处于从属模式，这时候被测设备处于主模式，验证被测设备在主时钟模式下的处理机制。