PTP高精度时间同步协议
ptp时间同步指标
ptp时间同步指标PTP时间同步指标PTP（Precision Time Protocol）是一种用于实现高精度时间同步的网络协议。
在现代通信网络中，时间同步对于确保数据传输的准确性和可靠性至关重要。
PTP时间同步指标是衡量时间同步性能的关键指标，本文将介绍PTP时间同步指标的定义、影响因素以及常见的评估方法。
一、PTP时间同步指标的定义1. 时间误差（Time Error）：是指PTP从主时钟同步到从时钟的时间误差。
时间误差越小，表示从时钟与主时钟的同步程度越高。
2. 同步精度（Synchronization Accuracy）：是指从时钟相对于主时钟的同步精度。
同步精度越高，表示从时钟与主时钟的同步误差越小。
3. 同步稳定性（Synchronization Stability）：是指PTP同步系统在一段时间内保持同步的稳定程度。
同步稳定性越好，表示PTP同步系统的抖动（Jitter）越小。
二、影响PTP时间同步指标的因素1. 网络延迟：网络延迟是指数据从主时钟到从时钟的传输延迟。
网络延迟越小，时间同步的精度和稳定性越高。
2. 网络抖动：网络抖动是指网络延迟的变化范围。
网络抖动越小，时间同步的稳定性越高。
3. 主时钟的准确性：主时钟的准确性对PTP时间同步指标有重要影响。
主时钟的准确性越高，时间同步的精度和稳定性越高。
4. 从时钟的稳定性：从时钟的稳定性也是影响时间同步指标的重要因素。
从时钟的稳定性越高，时间同步的精度和稳定性越高。
三、评估PTP时间同步指标的方法1. 雷达图评估法：将PTP时间同步指标绘制成雷达图，通过对比不同时间点的同步精度、时间误差和同步稳定性，评估PTP同步系统的性能。
2. 比较法：通过将PTP同步系统与标准时间源进行比较，分析时间误差和同步精度，评估PTP时间同步指标。
3. 统计法：通过收集和分析同步数据，计算时间误差的均值、方差等统计指标，评估PTP时间同步的精度和稳定性。
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。
PTP协议时间同步精度测试
PTP协议时间同步精度测试2IEEE1588PTP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将整个网络内的时钟分为两种，即普通时钟(OrdinaryClock，OC)和边界时钟(BoundaryClock，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。
总结PTP
总结PTPPTP（Precision Time Protocol）是一种广泛应用于网络时间同步的协议。
本文将总结PTP的基本概念、工作原理以及在实际应用中的一些注意事项和常见问题，并提供一些使用PTP进行时间同步的最佳实践建议。
1. 简介PTP是一种基于网络的时间同步协议，旨在通过精确的时钟同步提供高性能和可靠的网络服务。
PTP主要用于需要高精度时间同步的应用场景，如金融交易、工业控制系统等。
2. 工作原理PTP通过一种称为“时钟大师-从属”的模式来实现时间同步。
其中，时钟大师（Master Clock）作为时间的参考点，向所有从属时钟（Slave Clock）提供时间信息。
从属时钟根据收到的时间信息进行自我校准，以与时钟大师保持同步。
PTP使用一种称为“时间戳”的机制来测量和传递时间信息。
时钟大师在每个时间片（通常为1毫秒）的起始点定时发送时间戳信息，从属时钟接收并使用这些时间戳信息进行校准。
3. PTP协议栈PTP协议栈由多个协议层组成，包括物理层、数据链路层、网络层和应用层。
下面是PTP协议栈的常见组件：•物理层：负责将数据转换为电信号，并通过网络传输。
•数据链路层：负责数据的传输和错误检测。
•网络层：负责将数据进行路由和转发。
•应用层：负责协议的处理和管理。
4. 使用PTP的注意事项在使用PTP进行时间同步时，需要注意以下几点：4.1 网络延迟网络延迟是PTP时间同步的一个重要因素。
由于网络传输的延迟不可避免，PTP需要通过时延补偿算法来校正这种延迟，以实现精确的时间同步。
4.2 网络负载网络负载也会对PTP的性能产生影响。
在高负载的网络环境下，网络传输可能会引起数据包的延迟，进而影响时间同步的准确性。
因此，在设计网络架构时需考虑网络负载因素，并采取相应的措施来优化网络性能。
4.3 时钟精度PTP要求时钟具有较高的精度，以确保时间同步的准确性。
选择一款具有较高精度的时钟设备是实现良好时间同步的关键。
PTP时钟协议原理
PTP时钟协议原理PTP（Precision Time Protocol）是一种用于实时时钟同步的协议，主要应用于工业自动化、通信网络、金融交易等领域，能够实现高精度的同步和时间标定。
本文将介绍PTP时钟协议的原理及其工作机制。
一、PTP时钟协议简介PTP时钟协议是一种基于网络的时钟同步协议，以太网是其常用的传输介质。
PTP协议允许多个设备通过网络同步其系统时钟，并提供了微秒级的精度。
它主要由两个组成部分组成：时钟主从（Clock Master/Slave）和时间戳（Timestamp）。
时钟主从用于确定一个网络中的主设备和从设备，主设备负责提供时间参考，从设备通过网络同步主设备的时间。
时间戳则用于将数据包发送的时间点记录下来，以便计算时延和校正时间差。
二、PTP时钟协议的工作原理1. 设备角色PTP网络中的设备可以分为两种角色：时钟主和时钟从。
时钟主是网络中的主设备，负责提供时间参考，并通过统计分析从设备的报告状态将时间标定校准到更高的精度。
时钟从是网络中的从设备，通过与时钟主同步时间，实现时钟同步。
2. 时钟同步过程PTP时钟协议的主要目标是在网络中的所有设备上实现高精度的时间同步。
时钟主通过不断发送同步报文（Sync Message）和延时请求报文（Delay Request Message）来源源不断地提供时间参考。
时钟从在接收到同步报文后，会通过时间戳记录到达时间，并返回延时请求报文，以便时钟主计算出从设备与主设备之间的时延。
主设备会通过该时延校正从设备的时钟。
3. 时钟精度提升PTP时钟协议还提供了一种时钟精度提升的机制，即时钟率自适应（Clock Rate Adaptation）。
该机制可以根据网络环境的变化，动态地调整时钟从设备的时钟频率，以避免由于网络时延的变化而导致的时间误差不断累积。
4. 时钟失步检测与恢复在PTP网络中，设备可能因为网络中断、延时变化等原因导致时钟失步。
为了保证时钟同步的准确性，PTP时钟协议提供了时钟失步检测与恢复的机制。
ptp校时 v2x协议
ptp校时 v2x协议PTP校时V2X协议随着车联网技术的不断发展，车辆之间以及车辆与基础设施之间的通信变得越来越重要。
为了实现车辆之间的高效协同与安全驾驶，确保车辆行驶过程中时间同步的一致性，PTP校时（Precision Time Protocol）被引入到V2X（Vehicle-to-Everything）协议中。
PTP校时是一种用于精确时间同步的网络协议，它提供了一种高精度的时间同步机制，能够在局域网内实现亚微秒级别的时间同步。
在车联网中，时间同步对于实现高效的车辆协同至关重要，而PTP 校时协议正是为了满足这一需求而设计的。
PTP校时协议的核心思想是通过网络中的主从时钟之间的通信，使从时钟能够与主时钟保持一致的时间。
在V2X通信中，车辆通常作为从时钟，而基础设施（如路边单元）则作为主时钟。
通过PTP校时协议，基础设施可以向车辆发送时间同步信息，使得车辆能够准确获取当前时间，并根据同步的时间进行行驶决策。
PTP校时协议的工作原理如下：首先，主时钟会发送一系列时间同步消息，其中包括时间戳和同步源的标识。
车辆接收到这些消息后，会通过计算与主时钟的时间差，来调整自身的时钟，使其与主时钟保持一致。
为了提高精度，PTP校时协议还引入了延迟补偿机制，可以根据消息的传输时间来进行时钟校正。
PTP校时V2X协议在车联网中的应用非常广泛。
首先，它可以实现车辆之间的时间同步，使得车辆能够准确地感知到其他车辆的行为，从而避免交通事故的发生。
其次，PTP校时协议还可以提供精确的时间戳信息，用于车辆行驶数据的采集和分析。
此外，PTP校时协议还可以用于车辆与基础设施之间的通信，确保车辆能够接收到精确的路况信息和导航指引。
然而，PTP校时V2X协议也面临一些挑战。
首先，由于车辆之间的通信速度和数据量较大，对网络带宽和延迟要求较高。
因此，网络的稳定性和可靠性成为了实现时间同步的关键因素。
其次，PTP校时协议需要在车辆和基础设施之间建立稳定的通信连接，这对于车辆自身的硬件和网络设备提出了更高的要求。
高精度时间同步协议选型建议
高精度时间同步协议选型建议随着信息技术的飞速发展，越来越多的现代化系统对时间同步要求越来越高。
在许多领域，精确的时间同步对于系统的正常运行至关重要，例如金融交易、物联网、通信网络等。
因此，选择适合的高精度时间同步协议成为了设计和维护这些系统的重要任务。
根据我对时间同步协议的研究和实践经验，以下是几种常见的高精度时间同步协议，供您参考和选型。
1. NTP（网络时间协议）网络时间协议（Network Time Protocol，简称NTP）是应用最广泛的时间同步协议之一。
NTP通过网络分发和同步标准时间，具有较高的精度和可用性。
NTP被广泛应用于计算机网络、通信系统、金融交易等领域。
它使用分层树状结构的时间服务器来提供高度可靠的时间同步，并通过算法来处理网络延迟和不稳定性，以确保较高精度的时间同步。
2. PTP（精确时间协议）精确时间协议（Precision Time Protocol，简称PTP）是一种用于高精度时间同步的协议。
与NTP相比，PTP具有更高的精度和精确性。
PTP通过使用硬件时间戳和时钟校正算法，可以实现微秒级别的时间同步精度。
PTP常用于对时间敏感的系统，例如测量和控制系统、电力系统等，对于这些系统的时钟同步要求严格而精确，PTP协议是比较好的选择。
3. IEEE 1588IEEE 1588是一种用于高精度时间同步的标准，也被称为精确时间协议（PTP）。
与其他协议相比，IEEE 1588具有高度灵活性和可扩展性。
它通过通过多播和硬件时间戳来实现微秒级的时间同步。
IEEE 1588广泛应用于电信、工业自动化、医疗等领域的时间同步需求。
由于其可扩展性和适应性，IEEE 1588是许多高性能系统的首选协议。
4. SyncE（时钟同步以太网）SyncE是一种用于以太网网络的时钟同步协议。
与其他协议不同，SyncE主要关注的是时钟同步的准确性和稳定性，特别适用于要求对网络延迟和抖动高度敏感的应用。
ptp时钟同步的作用
ptp时钟同步的作用标题：PTP时钟同步的作用引言概述：PTP（Precision Time Protocol）时钟同步技术是一种用于实现网络中设备之间高精度时间同步的协议。
它在各种应用场景中具有重要的作用，不仅能够提高网络性能和可靠性，还能满足各种实时应用的需求。
本文将从六个大点来阐述PTP时钟同步的作用。
正文内容：1. 提供统一的时间基准1.1 精确的时间同步PTP时钟同步技术通过精确的时间同步，确保网络中所有设备的时间基准一致。
这对于需要协调多个设备进行同步操作的应用非常重要，如金融交易系统、电力系统等。
通过PTP时钟同步，可以避免因时间不一致而导致的数据错误和系统故障。
1.2 高精度的时间测量PTP时钟同步技术还可以提供高精度的时间测量功能，能够精确地测量数据包在网络中的传输延迟。
这对于实时应用非常关键，如视频会议、工业自动化等。
通过PTP时钟同步，可以保证数据的实时性和准确性，提高应用的性能和用户体验。
1.3 时间戳的一致性PTP时钟同步技术能够保证网络中设备的时间戳一致性，即设备在同一时刻产生的时间戳是相同的。
这对于数据的排序和分析非常重要，如网络流量分析、数据包重组等。
通过PTP时钟同步，可以确保数据的顺序和完整性，提高数据分析的准确性。
2. 提高网络性能和可靠性2.1 减少网络延迟PTP时钟同步技术可以减少网络中的时钟漂移和时钟抖动，从而减少网络延迟。
这对于对延迟要求较高的应用非常关键，如高频交易、在线游戏等。
通过PTP 时钟同步，可以提高网络的响应速度和传输效率，减少数据的传输时间。
2.2 提高数据的可靠性PTP时钟同步技术可以提高数据的可靠性，减少数据丢失和错误。
这对于对数据可靠性要求较高的应用非常重要，如电力系统、航空航天等。
通过PTP时钟同步，可以确保数据的准确性和完整性，提高系统的可靠性和稳定性。
2.3 优化网络资源的利用PTP时钟同步技术可以优化网络资源的利用，提高网络的吞吐量和负载均衡能力。
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Precision Time Protocol （PTP）
一、什么是PTP
PTP 是一种高精度时间同步协议,可以到达亚微秒级精度,有资料说可达到30纳秒左右的偏差精度,但需要网络的节点（交换机）支持PTP协议，才能实现纳秒量级的同步。
一般在实际使用中，现有的NTP可以达到5ms以内的精度，对一般的应用都是满足的；非超高精度设备，不建议使用PTP设备。
与NTP主要区别:PTP是在硬件级实现的,NTP是在应用层级别实现的.
PTP 是主从同步系统，一般采用硬件时间戳，并配合一些对NTP更高精度的延时测量算法。
PTP 最常用的是直接在 MAC 层进行 PTP 协议包分析 , 这样可以不经过UDP 协议栈 , 减少PTP 在协议栈中驻留时间 , 提高同步的精确度。
PTP 也可以承载在 UDP 上时 , 软件可以采用 SOCKET 进行收发 UDP包 , 事件消息的 UDP 端口号319 , 普通消息的组播端口号为 320 ，但其精度就大大降低。
在物理硬件要求主从端都是PTP设备，且网络不能太大，其中间经过的交换机设备也必须支持PTP协议，并且主从时间网络链路唯一，不存在交替的PTP通道。
PTPv2 采用相对时间同步机制。
一个参与者被选作主时间钟，其将发送同步信息到从站。
主站将发送同步报文到网络。
所有的从站计算时间延迟。
Fig. 39.1 PTP Synchronization Protocol
The PTP synchronization in the sample application works as follows:
Master sends Sync message - the slave saves it as T2.
Master sends Follow Up message and sends time of T1.
Slave sends Delay Request frame to PTP Master and stores T3.
Master sends Delay Response T4 time which is time of received T3.
The adjustment for slave can be represented as:
adj = -[(T2-T1)-(T4 - T3)]/2
从钟根据 t1 、 t2 、 t3 、 t4 计算时间偏移 (offset) 以及传输延时 ( delay) ,即
t2 -t1 = offset + delay
t4 - t3 = delay - offset
计算出
delay = ( t4 - t3 + t2 - t1) / 2
offset = ( t2 - t1 - t4 + t3) / 2
从钟根据 offset 从钟可以调整自己的时钟。
二、PTP的一些名词
PTP域中的节点称为时钟节点，PTP协议定义了以下三种类型的基本时钟节点：
OC（Ordinary Clock，普通时钟）：只有一个PTP通信端口的时钟是普通时钟。
BC（Boundary Clock，边界时钟）：有一个以上PTP通信端口的时钟。
TC（Transparentclock，透明时钟）：与BC/OC相比，BC/OC需要与其它时钟节点保持时间同步，而TC则不与其它时钟节点保持时间同步。
TC有多个PTP端口，但它只在这些端口间转发PTP协议报文并对其进行转发延时校正，而不会通过任何一个端口同步时间。
TC包括以下两种类型：
E2ETC（End-to-End TransparentClock，端到端透明时钟）：直接转发网络中非P2P（Peer-to-Peer，点到点）类型的协议报文，并参与计算整条链路的延时。
P2PTC（Peer-to-PeerTransparent Clock，点到点透明时钟）：只直接转发Sync报文、Follow_Up报文和Announce报文，而终结其它PTP协议报文，并参与计算整条链路上每一段链路的延时。
一般链式的P2P网络选择E2E-TC，而从钟节点较多的网络考虑P2P-TC。
因在 P2P 延时测量机制中，延时报文交互是在每条链路的两个端口间进行的，主钟只与直接相连的网络交换设备有延时报文交互，因此在 P2P TC 的延时测量机制中，没有对从钟数量的限制。
主时钟：一个PTP通信子网中只能有一个主时钟。
PTP端口有九种状态主站，从站，待机，未校正，监听，禁止，初始化，故障
三、PTP报文
PTP协议定义了4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）和管理报文。
报文有一般报文和事件报文两种类型。
跟随报文和延迟应答报文属于一般报文，一般报文本身不进行时戳处理，它可以携带事件报文的准确发送或接收时刻值信息。
同步报文和延迟请求报文属于事件报文，事件报文是时间敏感消息，需要加盖精确的时间戳。
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，它包含了一个时间戳，精确地描述了数据包发出的预计时间。
(1) Sync: 同步消息 , 由主设备发送给从设备 , 消息中可以包含 Sync 发送时间标签 , 也可以在后续的Follow UP 消息中包含 ;
(2) Delay Req: 请求对端返回接收到 Delay Req消息时的时间标签 , 时间标签嵌入在响应消息Delay Resp ;
(3) Pdelay req: 用于发起链路延时测量请求 , 带发送时间标签。
普通消息没有时间标签 , 主要用于传递其他消息的发送时间标签、系统状态以及管理信息 , 包括 :
(4) Announce: 广播发送节点和高级主钟的状态和特征信息 ;
(5) Follow Up : 用于传送Sync 消息的发送时间 ;
(6) Delay Resp : 对 Pdelayreq 的响应 , 可以带发送时间标签 , 如果没有带由随后的 Pdelay RespFollow Up 传送 ;
(7) Pdelay Resp Follow Up : 用于传送 DelayResp 的发送时间 ;
(8) Management : 传输用于管理时钟设备的的信息以及命令 ;Signaling: 在不同时钟之间传送信息、请求以及命令。
(9) Signaling: 在不同时钟之间传送信息、请求以及命令。
由于Sync包发送前,无法直接获取到硬件发送Sync包的时间; Sync发送后,可以获取到硬件发送Sync时间
ptpd源代码[2]net.c中的实现:
netSendPcapEther -> sendto或pcap_inject发包
getTxTimestamp 获取精确发送时间
四、局域网中实验
ubuntu下安装
sudo apt instal ptpd
server ip 192.168.37.68
$ sudo ptpd -M -i eno1 -C
指定“仅主控”模式向外组播数据
client
$ sudo ptpd -g -i eno1 -C
等一会就会看到输出
2018-08-30 10:05:23.271647 ptpd2[27616].eno1 (notice) (lstn_reset) Now in state: PTP_LISTENING
2018-08-30 10:05:54.732606 ptpd2[27616].eno1 (info) (lstn_reset) New best master selected: 180373fffed 2018-08-30 10:05:54.732676 ptpd2[27616].eno1 (notice) (slv) Now in state: PTP_SLAVE, Best master: 180373 2018-08-30 10:05:55.732189 ptpd2[27616].eno1 (notice) (slv) Received first Sync from Master
2018-08-30 10:05:56.732758 ptpd2[27616].eno1 (notice) (slv) Received first Delay Response from Master
修改server的系统时间,client也会跟着同步.如果client开启了网络时间同步,系统时间会不停的在网络同步的时间和主服务器的时间之间进行切换
wireshark抓包看了一下,组播地址224.0.1.129,使用的是319和320端口
单播模式
服务器端 -u 指定单点广播模式向指定IP发送数据
$ sudo ptpd -u 192.168.92.153 -M -i eno1 -V
客户端接受指定IP的数据
$ sudo ptpd -u 192.168.52.190 -i eno1 -V。