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。
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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。为了管理这些信息，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）。这些报文的交互顺序如图2所示。收到的信息回应是与时钟当前的状态有关的。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。总的来说同步报文包含了一个时间戳，精确地描述了数据包发出的预计时间。
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图2  PTP报文与交换顺序
　　由于同步报文包含的是预计的发出时间而不是真实的发出时间，所以Sync报文的真实发出时间被测量后在随后的Follow_Up报文中发出。Sync报文的接收方记录下真实的接收时间。使用Follow_Up报文中的真实发出时间和接收方的真实接收时间，可以计算出从属时钟与主时钟之间的时差，并据此更正从属时钟的时间。但是此时计算出的时差包含了网络传输造成的延时，所以使用Delay_Req报文来定义网络的传输延时。
　　Delay_Req报文在Sync报文收到后由从属时钟发出。与Sync报文一样，发送方记录准确的发送时间，接收方记录准确的接收时间。准确的接收时间包含在Delay_Resp报文中，从而计算出网络延时和时钟误差。同步的精确度与时间戳和时间信息紧密相关。纯软件的方案可以达到毫秒的精度，软硬件结合的方案可以达到微秒的精度。
PTP协议基于同步数据包被传播和接收时的最精确的匹配时间，每个从时钟通过与主时钟交换同步报文而与主时钟达到同步。这个同步过程分为漂移测量阶段和偏移测量与延迟测量阶段。

第一阶段修正主时钟与从时钟之间的时间偏差，称为漂移测量。如图3所示，在修正漂移量的过程中，主时钟按照定义的间隔时间（缺省是2s）周期性地向相应的从时钟发出惟一的同步报文。这个同步报文包括该报文离开主时钟的时间估计值。主时钟测量传递的准确时间T0 K，从时钟测量接收的准确时间T1 K。之后主时钟发出第二条报文——跟随报文

（Follow_up Message），此报文与同步报文相关联，且包含同步报文放到PTP通信路径上的更为精确的估计值。这样，对传递和接收的测量与标准时间戳的传播可以分离开来。从时钟根据同步报文和跟随报文中的信息来计算偏移量，然后按照这个偏移量来修正从时钟的时间，如果在传输路径中没有延迟，那么两个时钟就会同步。
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图3  PTP时钟漂移测量计算
　　为了提高修正精度，可以把主时钟到从时钟的报文传输延迟等待时间考虑进来，即延迟测量，这是同步过程的第二个阶段（见图4）。
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图4  PTP时钟延迟和偏移计算
　　从时钟向主时钟发出一个“延迟请求”数据报文，在这个过程中决定该报文传递准确时间T2。主时钟对接收数据包打上一个时间戳，然后在“延迟响应”数据包中把接收时间戳B送回到从时钟。根据传递时间戳B和主时钟提供的接收时间戳D，从时钟计算与主时钟之间的延迟时间。与偏移测量不同，延迟测量是不规则进行的，其测量间隔时间（缺省值是4~60s之间的随机值）比偏移值测量间隔时间要大。这样使得网络尤其是设备终端的负荷不会太大。

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　　图5是典型的IEEE 1588PTP测试场景，IXIA测试端口可以仿真普通时钟并处于主模式，被测设备，比如以太网交换机处于边界时钟状态，验证其对各种时钟报文的处理能力与实现；另一种测试情况是IXIA端口仿真边界时钟并处于从属模式，这时候被测设备处于主模式，验证被测设备在主时钟模式下的处理机制。IXIA端口都有PTP协议栈，可以对PTP时钟信息做灵活的配置。
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图5  IEEE 1588典型测试场景

　　IXIA IEEE 1588PTP测试方案所支持的特性包括：支持目前最为流行的IEEE 1588 2.2版本；支持两步时钟配置；一个物理端口可以同时产生PTP流量和非PTP流量；一个物理端口一个时钟信号设置，时钟可以手动设置为主模式或者从模式；可以以柱状图显示从时钟对应于主时钟的偏移量；IXIA IxExplorer内置的实时协议分析解码软件可以对PTP报文直接进行编辑或者解码。在测试过程中可以实时显示各种详细的PTP统计信息，统计信息见表2。
表2  IXIA IEEE 1588PTP测试统计信息
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IXIA IEEE 1588PTP方案还可以实现负面测试（Negative Testing），可以根据需要设定发送Sync报文中Follow-up报文的比例，观察丢弃掉的Follow-up报文对被测设备的影响；在Follow-up报文中增加错误数据包，验证被测设备的处理与检测能力；发送包括抖动与偏移的带有时间戳的数据包迫使Sync报文失败，检验被测设备的处理机制。图6所示为PTP时钟配制界面。
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图6  PTP时钟配置界面
　　4  结束语
　　根据最新的信息公告，IXIA 被eWeek授予年度十大产品奖之一，被Frost & Sullivan授予2008全球三重播放综合测试和监测设备的年度市场领先奖，被Test & Measurement World授予三个最佳测试奖，以及被Internet Telephony授予年度产品奖，详细信息参见下面的链接：http://www.ixiacom.com/news_and_events/press_releases/display.php?skey=225。被如此众多令人尊敬有技术影响力组织机构的认可，进一步证明了IXIA正在推动测试、测量和业务认证市场的进步和战略创新，在城域以太网网技术方面，IXIA同样保持领先的地位，推出了业界第一个100G高速以太网测试加速系统，第一个在统一2~7层IP测试平台上推出了IEEE 1588PTP 精密时钟同步协议测试技术，IXIA这些技术创新和技术的领导地位，都为全面的IP测试提供了可靠保证。

它是基于以太网传输的协议对吗？普通电路时钟同步需要这种协议吗？