以太网网络上设备的定时和同步

今天我们将讨论以太网网络上设备的定时和同步。数据包节奏的同步对于时间敏感型应用程序按预期工作是必要的。

以太网被认为是（在大多数情况下）一种非确定性网络方案，使用“尽力而为”并需要握手和确认。虽然这使得以太网本质上是可靠的，但它也使以太网本身不适合需要实时通信或时间同步的时间敏感型应用，例如IP语音/视频，机器人（运动）控制，工业自动化等。

IEEE 1588 精确时间协议（2002 年发布，2008 年更新）专为通过非确定性以太网网络运行的应用而开发。它在网络的第 2 层（数据链路层）运行，并通过网络第 1 层（物理层）的硬件时间戳克服以太网延迟和抖动问题。软件时间戳现在可用，但不能达到基于硬件的时间戳所支持的精度。IEEE-1588 标准中定义的精确时间协议提供了一种使用“时钟同步”在局域网 （LAN） 或广域网 （WAN） 上精确同步计算设备的方法。但是，如果两个时钟设置为相同的速率，则不能保证它们将保持同步。因此，同步过程必须是连续的。

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LAN/WAN 上的时钟同步至少需要一个主时钟和一个从时钟 - 多个从站可以同步到单个主站。主时钟提供同步消息，从机使用这些消息来校正其本地时钟。在主时钟和从时钟上捕获精确的时间戳。然后使用这些时间戳来确定将从站同步到主站所需的网络延迟。同步消息通常每两秒从主站传输一次，而来自从站的延迟请求消息的传输频率较低，大约每分钟一个请求。

以太网交换机

以太网交换机分为标准以太网交换机或支持 IEEE-1588 的以太网交换机。

IEEE 1588协议定义了三种类型的时钟（或开关）：

a.普通：具有单个网络连接的设备，可以是（主）同步参考的（主）源或（从）的目标。

b.边界：具有多个网络连接的设备，可以准确地将一个网段同步到另一个网段。为系统中的每个网段选择一个同步主机。根计时参考称为大师。

c.透明：一种多端口设备，用于转发精确时间协议消息，测量事件消息通过设备所花费的时间，并通过修改消息或发送单独的后续消息来说明此停留时间。

标准以太网交换机在发送数据包之前临时存储数据包。数据包的存储时间是不确定的，并且与网络负载相关，这会导致数据包延迟变化。数据包延迟变化是网络上时间同步不佳的主要原因，即使网络上有支持硬件时间戳的主设备和从设备也是如此。支持IEEE-1588的以太网交换机既是透明设备，也可以是边界设备，可改善主站和从站之间的同步，从而确保主站和从站不受数据包延迟变化的影响。

随着以太网在移动军事平台上变得无处不在，通信、视频和机器人等高级应用将需要网络设备的这种高级定时和同步。使用开放式架构并在以太网上标准化作为通用通信平台，同时使用IEEE-1588标准，将确保网络上所有设备之间的校准通信，以提供以太网可靠性和确定性的实时通信。

审核编辑：郭婷