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IEEE 1588协议基础篇Contents一、时钟同步模型二、消息字段三、数据集四、数据类型一、时钟同步模型IEEE 1588 又叫网络化测量及控制系统的精确时钟同步协议，PTP（精确时钟协议），使用硬件和软件配合，不需要额外的时钟线，仍然使用原来以太网的数据线传送时钟信号，使组网连接简化和降低成本1.1 PTP消息类型分为两类：事件消息、普通消息事件消息是在发送和接收端都要打精确的时间戳，普通消息不需要打时间戳1）事件消息：SYNC、Delay_Req、Pdelay_Req、Pd l R1.2 消息时间戳的产生当发送和接收任何事件消息时，都会产生时间戳当消息的时间戳点经过节点与网络的边界时，时间戳事件发生，时间戳产生模型如下图所示：上图中A B C为打时间戳的点 这个点越靠近1.3 两种同步机制延时请求响应机制（Delay Request-Response Mechanism）对等延时机制（Peer Delay Mechanism）（1）延时请求响应机制使用Sync、Delay_Req、Follow_Up，Delay_Resp消息进行消息同步，测量一对PTP端口的，模型为t2 − t1 = Delay + Offsett4 − t3 = Delay − OffsetDelay = (t2 − t1) + (t4 − t3) 2Offset = (t2 − t1) −(t4 − t3) 2在算法校正过程中，对从时钟的校正是通过校正offset实现的，Delay通常影响Offset的值，因此要通过测量这个延迟值来修正Offset。

（2）对等延时机制对等延时机制用来测量端到端传输时间，如支持对等延时机制的通信端口的链路延时用Pdelay_Req，Pdelay_Resp，Pdelay_Resp_Follow_Up消息进行同步对于普通和边界时钟，对等延时机制与端口是master还是slave没有关系< meanPathDelay >= (t2 − t1) + (t4 − t3) 21.4 设备类型有5中基本的设备类型（1）普通时钟（Oridinary clock）（2）边界时钟（Boundary clock）（3）端到端透明时钟（End-to-end transparentclock）（4）对等透明时钟（Peer-to-Peer transparentclock）（5）管理节点（Management node）普通和边界时钟的端口，两种机制都可以使用，端到端透明时钟与这两个机制无关，对等透明时钟使用对等延时机制（1）普通时钟通过以一个物理端口为媒介的两个逻辑接口和网络通信，事件接口用来发送和接收事件消息，包括两类数据集，分别是时钟数据集和端口数据集端口数据集包含端口属性，包括PTP状态Protocol engine：（1）发送和接收PTP消息（2）维护数据集（3）执行与端口相关的状态机（4）如果端口在slave状态，基于接收到的PTP定时消息和产生的时间戳，计算Master的时间。

Local clock：当普通时钟端口在slave状态时，本地时钟的控制环路调节时钟，使它的时钟与它的主一致如果端口在master状态，本地时钟在freerun状态（2）边界时钟边界时钟模型如图所示，有多个物理端口，每个端口和一个普通时钟的端口类似，但有一些例外：1）时钟数据集对边界时钟的所有端口共用；2）local clock也对边界时钟的所有端口共用；3）每一个协议引擎需要附加功能，它需要处理所有端口的状态，决定利用哪个端口提供的时间信号来同步本地时钟与同步、建立主从层次和信令相关的信息终止在一个边界时钟的协议引擎，不再向前转发，管理消息由边界时钟的其它端口转发，服从限制一个系统的消息传输时间的约束（3）End-to-End透明时钟设备模型如图所示，像一个网桥、路由器和转发器一样，端到端透明时钟发送所有的消息对于PTP事件消息，驻留时间桥测量PTP事件消息的驻留时间驻留时间在一个特殊的域－correctionField累积这些校正是当事件消息进入和离开透明时钟产生的时间戳的不同校正值计算如下图所示注意 用来计算驻留时间的时间戳是基于本地时间产a）RC（Rate Control）利用延时请求响应机制校正本地时钟频率等于master的时钟频率。

这个方法的关键是它的操作是一个闭环，这意味着在一个节点的本地振荡器调节会影响下面的节点b) RE（Rate Estimation）不控制本地振荡器，让其自由运行，用本地时间计算的驻留时间加到Sync或者Follow_Up消息中，比较接收到的sync和Follow_Up的驻留时间，计算本地自由运行时钟与上一级时钟之比当驻留时间相对于时钟比值的足够大，一连串透明时钟的最差相位误差累（4）Peer_to_Peer 透明时钟设备模型如图所示，与End_to_End透明时钟不同在于：它校正和处理PTP定时消息的方式上对等透明时钟有一个block，这个block用来计算每个端口与其它端口的链路延时通过交换Pdelay_Req，Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up消息来计算对等透明时钟和链路延时的校正模型如下图所示（5）管理节点管理节点的设备特征是：a）可以有一个或者多个物理连接连接到网络中；b）PTP管理消息的手动或可编程接口c）能结合所有的时钟类型1.5 同步在协议的执行过程中又来那个阶段：（1）建立主从层次；（2）同步时钟1.5.1 建立主从层次PTP的状态有：Master、Slave和Passive。

利用最佳主时钟算法来找最好的时钟，包含两个独立算法：（1）数据集比较算法（2）状态决策算法数据集比较算法以下列这些优先属性比较算法：（1）priority1：用户可配置的指定，指这个时钟是否是固定的可选时钟；（2）clockClass：详细说明时钟的TAI可跟踪性属性；（3）clockAccuracy：定义一个时钟精度的属性；（4）offsetScaledLogVariance：定义时钟稳定性属性；（5）Priority2：是否是备选的主时钟；（6）clockIdentity：基于独特标志符的附加表示规则最佳主时钟算法清楚地选择两个时钟中的一个更优简单的主从层次如下图所示：只有普通和边界时钟维持这种状态形式，同时也只有边界时钟能在主从层次中建立分支点二、消息字段PTP协议根据发送和接收到的消息来计算时间偏差和延迟，每个消息都由一个消息头（header），消息体（body）和消息后缀（suffix）组成2.1 消息头2.1.1 transportSpecific（Nibble）根据传输的媒介有不同的说明2.1.2 MessageType（Enumeration4）2.1.3 versionPTP（UInteger4）是发送消息节点的数据集portDS.versionNumber的值。

2.1.5 domainNumber（UInteger8）此消息的发出节点不同，domainNumber的值不同2.1.6 flagField（Ocet[2]）一些标志位，表示的意义如下表2.1.7 correctionField（Integer64）它的值是ns数诚意216，如2.5ns表示成0x0000000000028000，它的值依赖于消息类型2.1.8 sourcePortIdentity（PortIdentity）sourcePortIdentiy的值是发送消息端口数据集的portDS.portIdentity的值2.1.9 sequenceId（UInteger16）除了Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、management消息外，所有的消息都有sequenceId序列池，对于从同一个时钟的同一个端口发出同一个消息，后一个消息的sequenceId是前一个的值＋1，采用循环计数的方式2.1.10 controlField（UInteger8）主要是为兼容V1版本而设置的一组值，接收方不使用这组消息。

2.1.11 logMessageInterval(Integer8)的值决定于消息类型 如2.2 Announce消息域如表：2.2.1 originTimestamp（Timestamp）当Announce消息发送时，这个的值置为0或者是与发送节点的本地时间相差在1s之内2.2.2 currentUtcOffset2.2.3 grandmasterPriority1（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority1的值2.3.4 grandmasterClockQuality（ClockQuality）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterClockQuality的值2.3.5 grandmasterPriority2（UInteger8）发送节点数据集成员的parentDS.grandmasterPriority2的值2.3.6 grandmasterIdentity（ClockIdentity）数据集成员的parentDS.grandmasterIdentity的值2.3.7 stepsRemoved（UInteger16）发送消息的时钟数据集的currentDS.stepsRemoved的值。

2.3 Sync和Delay_Req消息2.3.1 originTimestamp（Timestamp）对于Sync消息，当为One-step时钟时，OriginTimestamp的值应该是Sync的，不包括小数ns，Sync消息correctionField的值和originTimestamp的值应该是真实的 当为Two-step时钟时，originTimestamp的值还是，不包括小数ns，但是correctionField的值是0，由对应的Follow_Up消息来表示2.4 Follow_Up消息2.4.1 preciseOriginTimestamp（Timestamp）Follow_Up消息的preciseOriginTimestamp是与对应的Sync消息的，Follow_Up消息和Sync消息的correctionField的和与preciseOriginTimestamp相加，就是同步消息发送的精确时间。

2.5 Delay_Resp消息2.6 Pdelay_Req消息注意：这里的reserved域是为了使得Pdelay_Req消息的长度等于Pdelay_Resp消息的长度，因为在一些网络或者网桥中，长度不同的消息有不同的传输时间，这样会引来不对称误差2.7 Pdelay_Resp消息2.9 管理消息2.9.1 domainNumber of the headerdomainNumber应该是目标domain2.9.2 sequenceId of the header如果是一个响应management消息，sequenceId是接收到的管理消息的sequenceId，否者也有一个序列池012345～FGETSETRESPONSECOMMONDACKNOWLEDGEReserved2.9.4 startingBoundaryHops（UInteger8）对于非响应的管理消息，startingBoundaryHops是依情况变化的对于响应的管理消息，它的值是startingBoundaryHops－boundaryHops2.9.5 boundaryHops（UInteger8）指管理消息在边界时钟的剩下需连续转发数量。

2.9.6 actionFiled（Enumeration4（hex）Value） Action三、数据集普通和边界时钟应该维护的数据集有：（1）defaultDS（2）currentDS（3）parentDS（4）timePropertiesDS（5）portDS透明时钟应该维护的数据集：（1）transparentClockDefaultDS（2）transparentClockPortDS数据集有三种属性：分别为staticdynamic3.1 defaultDS数据集成员说明defaultDS数据集是描述时钟本身的属性成员有--defaultDS.twostepFlag-- defaultDS.clockIdentity-- defaultDS.numberPorts-- defaultDS.clockQuality-- defaultDS.priority1-- defaultDS.priority2-- defaultDS.domainNumber-- defaultDS.slaveOnly前三个是静态数据成员defaultDS.clockQuality是动态成员，包括：（1）defaultDS.clockQuality.clockClass（2）defaultDS.clockQuality.ClockAccuracy（3）defaultDS.clockQuality.offsetScaledLogVariance这三个数据成员都是时钟自己的属性。

3.2 currentDS数据集成员说明数据成员都是动态的，包括的成员有：（1）currentDS.stepsRemoved指的是在本地时钟和grandmaster时钟之间通信路径的数量2）currentDS.offsetFromMaster=－（3）currentDS.meanPathDelay按照两种机制算出来的路径延迟3.3 parentDS数据集说明parentDS数据集的初始化应该在defaultDS数据集初始化之后，它的所有成员都是动态的数据集成员有：（1）parentDS.parentPortIdentity指的是发送Sync消息的Master的PortIdentity，初始化值应该遵循：a）parentDS.parentPortIdentity.clockIdentity的值是defaultDS.clockIdentity的值b）parentDS.portNumber的值初始化为02）parentDS.parentStats如果时钟有一个端口是Slave状态，并且统计地计算出了parentDS.observedParentOffsetScaledLogVariance和parentDS observedParentClockPhaseChangeRate的值时（4） parentDS.observedParentClockPhaseChangeRate以从时钟来观察的parent时钟的相位变化率估计，正值表示parent时钟的相位变化率大于slave时钟的相位变化率。

初始化值为7FFFFFFF注：这个值依赖于测量时间间隔，如果这个值对一个应用来说确实有用，时间间隔应该在PTP协议中说明5）parentDS.grandmasterIdentity它是grandmaster时钟的clockIdentity初始化值为defaultDS.clockIdentity6）parentDS.grandmasterClockQuality（7）parentDS.grandmasterPriority1（8）parentDS.grandmasterPriority25 678都是grandmaster的对应的值初始化时都初始化成3.4 timePropertiesDS数据集成员说明timePropertiesDS数据集成员有：（1）timeProtertiesDS.currentUtcOffset（2）timeProtertiesDS.currentUtcOffsetValid（3）timeProtertiesDS.leap59（4）timeProtertiesDS.leap61（5）timeProtertiesDS.timeTraceable（6）timeProtertiesDS.frequencyTraceable（7）timeProtertiesDS.ptpTimescale（8）timeProtertiesDS.timeSourcecurrentDS数据集的所有成员都是动态的。

timeProtertiesDS.ptpTimescale的值应该在其它数据集成员初始化之前进行初始化3.5 portDS数据集成员说明对普通时钟的端口和边界时钟的每个端口，应该维护端口数据集来给协议决策和提供消息域的值作为基础数据集的数量应该是defaultDS.numberPorts的值静态成员有：（1）portDS.portIdentity这个值就是本地端口的PortIdentity属性动态成员有：（1）portDS.portState：值与状态的对应关系如下表所示（2）portDS.logMinDelayReqInterval指的是Delay_Req消息最小允许的平均时间间隔，这个值是slave发个master，这个的值视master时钟能处理的Delay_Req消息的能力来确定3）portDS.peerMeanPathDelay如果时钟是peer-to-peer时钟，这个的值硬挨链路上的当前单路传输延迟的估计可配置成员有：（1）portDS.logAnnounceInterval这个值说明Annouce消息发送的时间间隔2）portDS.announceReceiptTimeoutportDS.announceReceiptTimeout的值指发出ANNOUNCE_RECEIPT_TIMEOUT_EXPIRES时，没有收到Announce消息的个数。

3）portDS.logSyncInterval指的是Sync消息的时间间隔四、数据类型数据类型有源数据类型和衍生数据类型，衍生数据类型都是由源数据类型构成的4.1 源数据类型4.2 衍生数据类型（1）时间间隔类型描述TimeIntervalstruct TimeInterval{Interger64 scaledNanoseconds；//单位是2-16ns}（2）时间戳类型描述Timestampstruct Timestamp{UInteger48 seconds；UInteger32 nanoseconds；}（3） ClockIdentitytypedef Octet[8] ClockIdentity；（4）PortIdentitystruct PortIdentity{ClockIdentity clockIdentity；（5）PortAddress 表示PTP端口协议地址Struct PortAddress{Enumeration16 networkProtocol;UInteger16 addressLength;Octet[addressLength] addressField;}（6）时钟质量struct ClockQuality{UInteger8 clockClass；Enumeration8 clockAccuraccy；Integer16 offsetScalelogVariance；}（7）TLV扩展struct TLV{（8）PTP Text 用来表示PTP消息的文本材料Struct PTPText{ UInteger8 lengthField;Octet[lengthField] textField;}（9）FaultRecord 用来组成错误纪录{UInteger16 faultRecordLength;Timestamp faultTime;Enumeration8 severityCode;PTPText faultName;PTPText faultValue;PTPText faultDescription;}BackBackBackBackBack。