常用的NTP和PTP同步時鐘

常用的NTP和PTP同步時鐘

關鍵詞：同步時鐘

時鐘同步，顧名思義是指實現不同節點之間時鐘的同步。對時間敏感的系統必須實現系統各節點間的時鐘同步，否則將引起重要功能的故障，以DCS系統為例，如果操作站和控制站的時鐘不同步，那么SOE事件、位號趨勢、數據同步等都將受到嚴重影響。

本文主要介紹常用的NTP和PTP同步時鐘的標準協議和應用特點。

1、網絡時間協議應用需求

互聯網時鐘同步起源于軍事用途，也是在美國國防部的資助下啟動和進行的。因為在軍事領域時間一直就是一個非常重要的影響因素，多個系統之間的時間必須高度統一。

有的應用程序需要知道一個用戶是什么時候登陸到系統的，以及一個文件的修改時間。在一個網絡中，系統之間的時鐘相差一分鐘或者更少的情況很多。如果網絡很大，不可能依靠系統管理員手工輸入時間設置命令來調節各個系統的時鐘。

調試與事件時間戳：從不同路由器采集的調試與事件時間戳是沒有什么意義的，除非這些路由器是以同一公共時間為參考。仿真：復雜的事物往往需細分，由多個系統來處理，為保證事件的正確順序，多個系統必須參考同一時鐘。

隨著分布式系統的飛速發展，越來越多的領域需要使用精確的時鐘同步服務。時鐘同步是分布式系統核心技術之主要是維護一個全局一致的邏輯或物理時鐘，使得系統內各個節點中與時間有關的信息、事件及行為有全局一致的解釋。為了解決時鐘同步能力不足的問題，NTP一直用于以太網各分布節點的時鐘同步，使用NTP協議可以使同步精度達到1-10ms。

2、NTP網絡時間協議和工作模式

NTP網絡時間協議是由美國德拉瓦大學的教授于1985年提出，用于設計使internet上的計算機保持時間同步的一種通訊協議。在計算機、服務器和網絡攝像機等時間同步上應用最為廣泛。

NTP同步工作模式有三種：單播、廣播/組播、任意播。各個工作模式下服務器與客戶端的動作有所不同，主要有以下幾種：

客戶端向指定地址的時鐘服務器發起時間同步請求，服務器響應請求。這種模式稱之為單播。

同步是這種周期性的發送消息給一指定的IP廣播地址或者IP多播地址，并且通常不期望從客戶端得到請求，客戶端監管地址但通常并不給服務器發請求。這種模式是廣播/組播。

客戶端網絡校時軟件借助局域網從ntp網絡時鐘同步系統那里獲得時間信息，校準系統時間。在時間同步周期之間，利用計算機內部時鐘守時，從而實現整個局域網絡的時間同步。客戶端軟件可作為背景任務連續、周期性地運行，不斷得到服務器的更新信息。

3、NTP同步時鐘系統結構

時間同步系統由主時鐘、時間信號傳輸通道、時間信號用戶設備接口組成，NTP網絡同步時鐘由以下三個主要部分組成。

時間信號接收（輸入）單元，接收外部時間基準信號；時間保持單元和時間信號輸出（擴展）單元。常用的NTP網絡時鐘推薦SYN2136。

4、IEEE1588相關標準及協議

NTP雖然提高了網絡設備之間的定時同步能力，但是仍然不能滿足網絡通信和測量儀器所需的準確度。為此IEEE1588協議應運而生，IEEE1588協議的全稱是“網絡測量和控制系統的精密時鐘同步協議標準”也可以簡稱為PTP。該協議因占用網絡帶寬小、實現簡單和對系統資源要求低等特點成為最有發展前途的局域網時鐘同步協議。

在硬件的幫助下，采用IEEE1588精確時鐘協議可以使用時鐘同步精度達到次微秒級，為測試和測量、通信和工廠自動化等領域需要高精度時鐘同步的應用提供了一種有效的解決方案。

Ieee1588在傳輸時間信號時不需要設計布置專門的時鐘線，使用現有的以太網的數據線傳送時鐘信號就可以。這樣不僅簡化了組網連接，又降低了整個項目成本。

IEEE1588在技術規范中特別定義了一套基于消息的同步協議，通過周期性的發布徐帶有時間戳的信息包，可以使各個測控節點的時鐘得到校正，從而實現整個系統的同步運行。

PTP授時需要硬件電路支持，必須有主從搭配才能正常授時。其工作原理是主時鐘和從時鐘之間周期性的交換時間同步信息。同時精確的捕獲信息包的發出和接受的時間，加蓋時間戳信息。從時鐘通過接收主時鐘發的同步信息、解析出時戳信息，通過某種算法計算出與主時鐘的時間誤差以及和網絡中的傳輸延時，以此為依據將本地時鐘信息進行校正。

PTP授時方式分為廣播和單播，一般ieee1588主時鐘多播可以帶數百臺客戶端，單播會少一些，越多精度下降的會厲害一些。同步精度（RMS）優于±1us，典型值100ns。   

SYN2401型ieee1588同步時鐘使用GPS和北斗衛星信號作為時間參考信號，支持標準的ieee1588-2008和ptp v2等網絡對時協議。標配1路PTP網口，可擴展到4路，支持1 step或2step。

5、       NTP與PTP同步時鐘選購注意事項：

常用的電腦、服務器和網絡攝像機等網絡設備自身是支持NTP協議的，不需要額外的硬件支持，直接配一臺NTP同步時鐘設備即可。授時精度是0.5ms-10ms，典型值是1ms，采購成本也較低。

PTP授時需要硬件電路支持，必須有主從搭配才能正常授時。很多客戶端是不能直接使用的，例如電腦服務器需要搭配ptp從時鐘授時卡進行校時，或在產品前期設計時使用ptp從模塊，例如SYN2407F型IEE1588從時鐘模塊。

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