1、1引言以太網技術由于其開放性好、價錢低廉和利用方便等特點，已經普遍應用于電信級別的網絡中，以太網的數據傳輸速度也從初期的10M提高到100M,GE，10GE。40GE，100GE正式產品也將于2020年推出。以太網技術是“即插即用”的，也確實是將以太網終端接到IP網絡上就能夠夠隨時利用其提供的業務。可是，只有“同步的”的IP網絡才是一個真正的電信級網絡，才能夠為IP網絡傳送各類實時業務與數據業務的多重播放業務提供保障。目前，電信級網絡對時刻同步要求十分嚴格，關于一個全國范圍的IP網絡來講，骨干網絡時延一樣要求操縱在50ms之內，現行的互聯網網絡時刻協議NTP(NetworkTimeProtoc

2、ol)/簡單網絡時刻協議SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)等不能達到所要求的同步精度或收斂速度。基于以太網的時分復用通道仿真技術(TDMoverEthernet)作為一種過渡技術，具有必然的以太網時鐘同步概念，能夠部份解決現有終端設備用于以太網的無縫連接問題。IEEE1588標準那么專門適合于以太網，能夠在一個地域分散的IP網絡中實現微秒級高精度的時鐘同步。本文重點介紹IEEE1588技術及其測試實現。2IEEE1588PTP介紹IEEE1588PTP協議借鑒了NTP技術，具有容易配置、快速收斂和對網絡帶寬和資源消耗少等特點IEEE1588標準的全稱是“網絡測量和操

3、縱系統的周密時鐘同步協議標準(IEEE1588PrecisionClockSynchronizationProtocol)”，簡稱PTP(PrecisionTimingProtocol)，它的要緊原理是通過一同步信號周期性的對網絡中所有節點的時鐘進行校正同步，能夠使基于以太網的散布式系統達到精準同步，IEEE1588PTP時鐘同步技術也能夠應用于任何組播網絡中。IEEE1588將整個網絡內的時鐘分為兩種，即一般時鐘(OrdinaryClock，OC)和邊界時鐘(BoundaryClock，BC)，只有一個PTP通信端口的時鐘是般時鐘，有一個以上PTP通信端口的時鐘是邊界時鐘，每一個PTP端口提

4、供獨立的PTP通信。其中，邊界時鐘通經常使用在確信性較差的網絡設備(如互換機和路由器)上。從通信關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現主時鐘和從時鐘的功能，但一個PTP通信子網內只能有一個主時鐘。整個系統中的最優時鐘為最高級時鐘GMC(GrandmasterClock)，有著最好的穩固性、精準性、確信性等。依照各節點上時鐘的精度和級別和UTC(通用和諧時刻)的可追溯性等特性，由最正確主時鐘算法(BestMasterClock)來自動選擇各子網內的主時鐘；在只有一個子網的系統中，主時鐘確實是最高級時鐘GMC。每一個系統只有一個GMC,且每一個子網內只有一個主時鐘，從時鐘與主時

5、鐘維持同步。圖1所示的是一個典型的主時鐘、從時鐘關系示意。MKljLtd曲PS-Aiafluiniii.S-Uivc|IkruiiliinCIlkIfLickUMIllHhiyC3ik3l皿c圖1主時鐘、從時鐘關系示用意同步的大體原理包括時刻發出和接收時刻信息的記錄，而且對每一條信息增加一個“時刻戳”。有了時刻記錄，接收端就能夠夠計算出自己在網絡中的時鐘誤差和延時。為了治理這些信息，PTP協議概念了4種多點傳送的報文類型和治理報文，包括同步報文(Sync)，跟從報文(Follow_up)，延遲請求報文(Delay_Req)，延遲應答報文(Delay_Resp)。這些報文的交互順序如圖2所示。收

6、到的信息回應是與時鐘當前的狀態有關的。同步報文是從主時鐘周期性發出的(一樣為每兩秒一次)，它包括了主時鐘算法所需的時鐘屬性。總的來講同步報文包括了一個時刻戳，精準地描述了數據包發出的估量時刻。圖2PTP報文與互換順序由于同步報文包括的是估量的發出時刻而不是真實的發出時刻，因此Sync報文的真實發出時刻被測量后在隨后的Follow_Up報文中發出。Sync報文的接收方記錄下真實的接收時刻。利用Follow_Up報文中的真實發出時刻和接收方的真實接收時刻，能夠計算出從屬時鐘與主時鐘之間的時差，并據此更正從屬時鐘的時刻。可是現在計算出的時差包括了網絡傳輸造成的延時，因此利用Delay_Req報文來概

7、念網絡的傳輸延時。Delay_Req報文在Sync報文收到后由從屬時鐘發出。與Sync報文一樣，發送方記錄準確的發送時刻，接收方記錄準確的接收時刻。準確的接收時刻包括在Delay_Resp報文中，從而計算出網絡延時和時鐘誤差。同步的精準度與時刻戳和時刻信息緊密相關。純軟件的方案能夠達到毫秒的精度，軟硬件結合的方案能夠達到微秒的精度。PTP協議基于同步數據包被傳播和接收時的最精準的匹配時刻，每一個從時鐘通過與主時鐘互換同步報文而與主時鐘達到同步。那個同步進程分為漂移測量時期和偏移測量與延遲測量時期。第一時期修正主時鐘與從時鐘之間的時刻誤差，稱為漂移測量。如圖3所示，在修正漂移量的進程中，主時鐘依

8、照概念的距離時刻(缺省是2s)周期性地向相應的從時鐘發出惟一的同步報文。那個同步報文包括該報文離開主時鐘的時刻估量值。主時鐘測量傳遞的準確時刻TOK，從時鐘測量接收的準確時刻T1K。以后主時鐘發出第二條報文跟從報文(Follow_upMessage)，此報文與同步報文相關聯，且包括同步報文放到PTP通信途徑上的更為精準的估量值。如此，對傳遞和接收的測量與標準時刻戳的傳播能夠分離開來。從時鐘依照同步報文和跟從報文中的信息來計算偏移量，然后依照那個偏移量來修正從時鐘的時刻，若是在傳輸途徑中沒有延遲，那么兩個時鐘就會同步。)1吟j3=6二一二嚴Drift圖3PTP時鐘漂移測量計算為了提高修正精度，能

9、夠把主時鐘到從時鐘的報文傳輸延遲等待時刻考慮進來，即延遲測量，這是同步進程的第二個時期（見圖4）。D-lktay-i,i*tzh-aOJIwel-C履訂材Cl站、*MnslrrClKkLWVIBlSflI|fIjhGp.l：4OffbfEQyavcCIcKk”圖4PTP時鐘延遲和偏移計算從時鐘向主時鐘發出一個“延遲請求”數據報文，在那個進程中決定該報文傳遞準確時刻T2。主時鐘對接收數據包打上一個時刻戳，然后在“延遲響應”數據包中把接收時刻戳B送回到從時鐘。依照傳遞時刻戳B和主時鐘提供的接收時刻戳D，從時鐘計算與主時鐘之間的延遲時刻。與偏移測量不同，延遲測量是不規那么進行的，其測量距離時刻（缺省

10、值是460s之間的隨機值）比偏移值測量距離時刻要大。如此使得網絡尤其是設備終端的負荷可不能太大。采納這種同步進程，能夠消減PTP協議棧中的時刻波動和主從時鐘間的等待時刻。從圖4右邊能夠看到延遲時刻D和偏移時刻數值O的計算方式。IEEE1588目前的版本是，要緊應用于相對本地化、網絡化的系統，內部組件相對穩固，其優勢是標準超級具有代表性，而且是開放式的。由于它的開放性，專門適合于以太網的網絡環境。與其他經常使用于EthernetTCP/IP網絡的同步協議如SNTP或NTP相較，要緊區別是PTP是針對更穩固和更平安的網絡環境設計的，因此更為簡單，占用的網絡和計算資源也更少。NTP協議是針關于普遍分

11、散在互聯網上的各個獨立系統的時刻同步協議。GPS（基于衛星的全世界定位系統）也是針關于分散普遍且各自獨立的系統。PTP概念的網絡結構能夠使自身達到很高的精度，與SNTP和NTP相反，時刻戳更易在硬件上實現，而且不局限于應用層，這使得PTP能夠達到微秒之內的精度。另外，PTP模塊化的設計也使它很容易適應低端設備。IEEE1588標準所概念的精準網絡同步協議實現了網絡中的高度同步，使得在分派操縱工作時無需再進行專門的同步通信，從而達到了通信時刻模式與應用程序執行時刻模式分開的成效。由于高精度的同步工作，使以太網技術所固有的數據傳輸時刻波動降低到能夠同意的，不阻礙操縱精度的范圍。3IXIAIEEE1

12、588PTP測試方案美國IXIA公司目前提供最為完整的城域以太網功能、性能、一致性測試解決方案，而且最先在27層統一IP測試平臺實現了IEEE1588PTP時鐘同步技術方案。關于IXIA的城域以太網測試解決方案在以前有過詳細介紹，在那個地址對相應的技術點和對應IXIA應用程序做一總結（見表1）。表1IXIA城域以太網測試方案及對應程序技耒點方棗對應IXIA應用程暉I?EF測試洌,Io砸鈕Lab推菩工具ijtMT兀一站晌MEF14施PL4測試fflJftL/fettttLiB推薦工hAHtUMAU掠準測試側I?常由RJFhQSFFJSiS.EIGRF,BGFIzEflorerflxNetwcrk

13、nxAitoznaie功能和性肓卻|試MPLSWRHSVP-IEI価卩軸加lxNetusk功能和性能測試高可靠性(Hh)特性GtaceFulRestartPFafft-HeroutetBirDiwctwna.lFoircLngretectL&n(BTD)lxHetwoik功能和性$測試VFLSVPLS.LDF,WPLS-BUPQin.Q7LAJ1bekingRou1噸Q-in-Qk刪吒到生躺ktspkirerUxMotworkflxA(LtomaiP功鏈和性WEillll試5TP/RSTP/M5TF協議偽瓦與一鎖性唧武IxKbrTL,hNetwurk%.站M曲02laMFBB/FBT(FBB-

14、TE)數據平面和轉版平面測宦IxHctwoikLACPLAC?Te貝3喝完整的協諫訪真IxAntomjate?IxNehrork(Etud-to-EndTestmg)10/KM/lCOCiEtlemffiCopper,FiberadDualIvtdiaPorte攝高審度便件，一亍梗決達1ST口10GbEthenet10GLANAVAKnJni-Pky杲高密度硬件，一1卜模塊達E個端口SOHET(FOSDH)0(42,1?2所有岡扎應用程序取太網0啟IMITU-TY.n31rEEES02.1S02.3ihIxNetroik功能和f生能測試LrMT吒一致1生測試3021x30213)Support

15、仙2(K.lrJ4ACCL2JL3)IzHetuFuiktIxLoad功皚和堆能測泣圖5是典型的IEEE1588PTP測試場景,XIA測試端口能夠仿真一般時鐘并處于主模式，被測設備，比如以太網互換機處于邊界時鐘狀態，驗證其對各類時鐘報文的處置能力與實現；另一種測試情形是IXIA端口仿真邊界時鐘并處于從屬模式，這時被測設備處于主模式，驗證被測設備在主時鐘模式下的處置機制。IXIA端口都有PTP協議棧，能夠對PTP時鐘信息做靈活的配置。圖5IEEE1588典型測試場景IXIAIEEE1588PTP測試方案所支持的特性包括：支持目前最為流行的IEEE1588版本；支持兩步時鐘配置；一個物理端口能夠同

16、時產生PTP流量和非PTP流量；一個物理端口一個時鐘信號設置，時鐘能夠手動設置為主模式或從模式；能夠以柱狀圖顯示從時鐘對應于主時鐘的偏移量；IXIAIxExplorer內置的實時協議分析解碼軟件能夠對PTP報文直接進行編輯或解碼。在測試進程中能夠實時顯示各類詳細的PTP統計信息，統計信息見表2。表2IXIAIEEE1588PTP測試統計信息ClockID該接口上時鐘的識別ID號State主，從，不確定或者耒校準4種時鐘狀態TimeStamp時間戳統計AtmouhceMessagesSent發訣的T応總報文數量AimniiiLceMessagesRecerved接收的hiuioimce報文數星S

17、yncMessagesSent發送的Sync報立數量SyncMessigeERj&ceived接枝的Sync報文數量Folioir-upIvfesagesSent發訣的氐血叫叩報文數量FuEjw-upMessagesReceivied.接收的Folkii-up報立數量DelayRjeqiiestMessagesSent發哇的DelayRequest報文數量DelayRjeqwestMessagesReceived.接收的DelayRequest掘文數量DelayP.espjriseMessagesSent發送的DeLayResponse報文數晝DelayKjespoxiwMessagesRje

18、ceiwd.接收的DelayRespcjnse報丈數邂ClockOffset時鐘偏移量TimeSlope時間偏斜度MeanPathDelay平均適道延時RjecQidHistQgmuData將測試結果記錄対柱伏圖SaveHislgnamData,toDisk將柱弒圖數據保存到硬盤上IXIAIEEE1588PTP方案還能夠實現負面測試（NegativeTesting廠能夠依照需要設定發送Sync報文中Follow-up報文的比例觀看拋棄掉的Follow-up報文對被測設備的阻礙；在Follow-up報文中增加錯誤數據包，驗證被測設備的處置與檢測能力；發送包括抖動與偏移的帶有時刻戳的數據包迫使Sync報文失敗，查驗被測設備的處置機制。圖6所示為PTP時鐘配制界面。FIT!PutNwteLfiflSw：T-f4aTvlvl3諭PRC*網呻即呼AlRTFClockConfiguration圖6PTP時鐘配置界面4終止語依照最新的信息公告，IXIA被eWeek授予年度十大產品獎之一，被Frost&Sullivan