深入了解PTP精密时钟及其应用（IEEE 1588精密时钟协议）

一、应用背景

在通信网络中，许多业务（例如无线基站领域和工业自动化控制领域）的正常运行都要求网络时钟同步，或者整个网络各设备之间的时间或频率差保持在合理的误差水平内。网络时钟同步包括以下两个概念：

时间同步：也叫相位同步，是指信号之间的频率和相位都保持一致，即信号之间的相位差恒为零。

频率同步：也叫时钟同步，是指信号之间在频率或相位上保持某种严格的特定关系，信号在其对应的有效瞬间以同一平均速率出现，以保证通信网络中的所有设备都以相同的速率运行，即信号之间保持恒定的相位差。

如上图，有两个时钟A和B，如果这两个时钟的时间每时每刻都保持一致，这个状态就是时间同步；如果这两个表的时间不一致，但保持一个恒定的差值，这个状态就是频率同步。

二、什么是PTP

PTP（Precision Time Protocol，精确时间协议）是一种时间同步的协议，遵循IEEE1588v2协议标准，用于设备之间的高精度时间同步，相比现有的各种时间同步机制，PTP具备以下优势：

（1）相比NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），PTP能够满足更高精度的时间同步要求：NTP一般只能达到亚秒级的时间同步精度，而PTP则可达到亚微秒级。

（2）相比GPS（Global Positioning System，全球定位系统），PTP具备更低的建设和维护成本，并且由于可以摆脱对GPS的依赖，在国家安全方面也具备特殊的意义。

三、PTP基本概念

1.基本原理

PTP协议在系统内的时钟间建立主从体系，系统内时钟的时间都来源于最佳主时钟（Master）。最佳主时钟与从时钟（Slave）交换PTP报文，从时钟通过PTP报文中携带的时间戳信息计算与主时钟之间的时钟偏差和网络延时，从而实现同步。

2.时钟节点

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：

说明：

（1）BC和TC一般是路由或交换机等转发设备，OC一般是需要时钟同步的终端设备，比如PLC、雷达、基站等；

（2）TC包括两种类型：E2ETC（End-to-End Transparent Clock，端到端透明时钟）和P2PTC（Peer-to-Peer Transparent Clock，点到点透明时钟）

3.PTP端口

我们将设备上运行了PTP协议的端口称为PTP端口，可分为以下三种：

4.PTP类别

5.PTP典型拓扑

四、PTP配置方法

配置前需要确认以下信息：

1. 确认需要时间同步的设备是否支持PTP协议

这里需要注意，普通的电脑、手机等终端一般是使用NTP协议同步时间的，不是用的PTP协议，所以不能通过配置PTP来达到精确同步时间的效果。只有确定设备支持PTP协议，才能配置使用此功能。

2. 确认设备支持的PTP协议是基于二层的还是基于三层的

只有协议层级匹配才能正常使用，目前TP-LINK交换机——TL-SG5412工业级仅支持基于二层的PTP协议，如果设备支持的是基于三层的PTP协议，则无法使用该交换机的PTP功能。目前TP-LINK暂时没有支持三层PTP协议的交换机。

3. 确认交换机是工作在BC（边界时钟）模式还是TC（透明时钟）模式

如果只需要2个设备经过交换机后能够使用PTP协议精确同步时间，而交换机本身不需要精确同步时间，那么可以把交换机设置为TC模式；

如果需要设备、交换机都能够精确同步时间，那么需要把交换机设置为BC模式。

4. 确认设备同步时间所采用的模式是E2E还是P2P

需要把交换机的同步模式与设备设置成一致才能使用。

5. 确认设备同步时间时的时间戳类型是“单步”还是“双步”

需要把交换机的时间戳类型与设备设置成一致才能使用。

在确认完上述信息后，就可以开始PTP功能的配置了。

以我司TL-SG5412工业级为例，其同步精度可以达到100ns。其配置方法如下：

1. 登录交换机页面，依次点击【时钟同步】—【PTP配置】，即可看到PTP相关配置项：

2. 点击<启用>后，即可根据自己的实际需求来配置相关参数，相关参数说明如下：

在设置交换机的PTP功能时，一般我们只需要配置上述3种参数，其他参数保持默认即可，然后再使能相应的端口，就完成了PTP的配置。