1 引言

　　以太網(wǎng)技術(shù)由于其開放性好、價格低廉和使用方便等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電信級別的網(wǎng)絡(luò)中，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速度也從早期的10M提高到100M，GE，10GE。40GE，100GE正式產(chǎn)品也將于2009年推出。

　　以太網(wǎng)技術(shù)是“即插即用”的，也就是將以太網(wǎng)終端接到IP網(wǎng)絡(luò)上就可以隨時使用其提供的業(yè)務(wù)。但是，只有“同步的”的IP網(wǎng)絡(luò)才是一個真正的電信級網(wǎng)絡(luò)，才能夠?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)傳送各種實(shí)時業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多重播放業(yè)務(wù)提供保障。目前，電信級網(wǎng)絡(luò)對時間同步要求十分嚴(yán)格，對于一個全國范圍的IP網(wǎng)絡(luò)來說，骨干網(wǎng)絡(luò)時延一般要求控制在50ms之內(nèi)，現(xiàn)行的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議NTP（NetworkTimeProtocol），簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議SNTP（SimpleNetwork Time Protocol）等不能達(dá)到所要求的同步精度或收斂速度?；谝蕴W(wǎng)的時分復(fù)用通道仿真技術(shù)（TDM over Ethernet）作為一種過渡技術(shù)，具有一定的以太網(wǎng)時鐘同步概念，可以部分解決現(xiàn)有終端設(shè)備用于以太網(wǎng)的無縫連接問題。IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)則特別適合于以太網(wǎng)，可以在一個地域分散的IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)微秒級高精度的時鐘同步。本文重點(diǎn)介紹IEEE 1588技術(shù)及其測試實(shí)現(xiàn)。

2 IEEE1588PTP介紹

　　IEEE1588PTP協(xié)議借鑒了NTP技術(shù)，具有容易配置、快速收斂以及對網(wǎng)絡(luò)帶寬和資源消耗少等特點(diǎn)。IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)（IEEE1588Precision Clock Synchronization Protocol）”，簡稱PTP（Precision Timing Protocol），它的主要原理是通過一個同步信號周期性的對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的時鐘進(jìn)行校正同步，可以使基于以太網(wǎng)的分布式系統(tǒng)達(dá)到精確同步，IEEE 1588PTP時鐘同步技術(shù)也可以應(yīng)用于任何組播網(wǎng)絡(luò)中。

　　IEEE1588將整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的時鐘分為兩種，即普通時鐘（OrdinaryClock，OC）和邊界時鐘（BoundaryClock，BC），只有一個PTP通信端口的時鐘是普通時鐘，有一個以上PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每個PTP端口提供獨(dú)立的PTP通信。其中，邊界時鐘通常用在確定性較差的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)和路由器）上。從通信關(guān)系上又可把時鐘分為主時鐘和從時鐘，理論上任何時鐘都能實(shí)現(xiàn)主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網(wǎng)內(nèi)只能有一個主時鐘。整個系統(tǒng)中的最優(yōu)時鐘為最高級時鐘GMC（Grandmaster Clock），有著最好的穩(wěn)定性、精確性、確定性等。根據(jù)各節(jié)點(diǎn)上時鐘的精度和級別以及UTC（通用協(xié)調(diào)時間）的可追溯性等特性，由最佳主時鐘算法（Best Master Clock）來自動選擇各子網(wǎng)內(nèi)的主時鐘；在只有一個子網(wǎng)的系統(tǒng)中，主時鐘就是最高級時鐘GMC。每個系統(tǒng)只有一個GMC，且每個子網(wǎng)內(nèi)只有一個主時鐘，從時鐘與主時鐘保持同步。圖1所示的是一個典型的主時鐘、從時鐘關(guān)系示意。

圖1主時鐘、從時鐘關(guān)系示意圖

　　同步的基本原理包括時間發(fā)出和接收時間信息的記錄，并且對每一條信息增加一個“時間戳”。有了時間記錄，接收端就可以計算出自己在網(wǎng)絡(luò)中的時鐘誤差和延時。為了管理這些信息，PTP協(xié)議定義了4種多點(diǎn)傳送的報文類型和管理報文，包括同步報文（Sync），跟隨報文（Follow_up），延遲請求報文（Delay_Req），延遲應(yīng)答報文（Delay_Resp）。這些報文的交互順序如圖2所示。收到的信息回應(yīng)是與時鐘當(dāng)前的狀態(tài)有關(guān)的。同步報文是從主時鐘周期性發(fā)出的(一般為每兩秒一次)，它包含了主時鐘算法所需的時鐘屬性?？偟膩碚f同步報文包含了一個時間戳，精確地描述了數(shù)據(jù)包發(fā)出的預(yù)計時間。