今天我們將討論以太網網絡上設備的定時和同步。數據包節奏的同步對于時間敏感型應用程序按預期工作是必要的。

以太網被認為是（在大多數情況下）一種非確定性網絡方案，使用“盡力而為”并需要握手和確認。雖然這使得以太網本質上是可靠的，但它也使以太網本身不適合需要實時通信或時間同步的時間敏感型應用，例如IP語音/視頻，機器人（運動）控制，工業自動化等。

IEEE 1588 精確時間協議（2002 年發布，2008 年更新）專為通過非確定性以太網網絡運行的應用而開發。它在網絡的第 2 層（數據鏈路層）運行，并通過網絡第 1 層（物理層）的硬件時間戳克服以太網延遲和抖動問題。軟件時間戳現在可用，但不能達到基于硬件的時間戳所支持的精度。IEEE-1588 標準中定義的精確時間協議提供了一種使用“時鐘同步”在局域網 （LAN） 或廣域網 （WAN） 上精確同步計算設備的方法。但是，如果兩個時鐘設置為相同的速率，則不能保證它們將保持同步。因此，同步過程必須是連續的。

LAN/WAN 上的時鐘同步至少需要一個主時鐘和一個從時鐘 - 多個從站可以同步到單個主站。主時鐘提供同步消息，從機使用這些消息來校正其本地時鐘。在主時鐘和從時鐘上捕獲精確的時間戳。然后使用這些時間戳來確定將從站同步到主站所需的網絡延遲。同步消息通常每兩秒從主站傳輸一次，而來自從站的延遲請求消息的傳輸頻率較低，大約每分鐘一個請求。

以太網交換機

以太網交換機分為標準以太網交換機或支持 IEEE-1588 的以太網交換機。

IEEE 1588協議定義了三種類型的時鐘（或開關）：

a.普通：具有單個網絡連接的設備，可以是（主）同步參考的（主）源或（從）的目標。

b.邊界：具有多個網絡連接的設備，可以準確地將一個網段同步到另一個網段。為系統中的每個網段選擇一個同步主機。根計時參考稱為大師。

c.透明：一種多端口設備，用于轉發精確時間協議消息，測量事件消息通過設備所花費的時間，并通過修改消息或發送單獨的后續消息來說明此停留時間。

標準以太網交換機在發送數據包之前臨時存儲數據包。數據包的存儲時間是不確定的，并且與網絡負載相關，這會導致數據包延遲變化。數據包延遲變化是網絡上時間同步不佳的主要原因，即使網絡上有支持硬件時間戳的主設備和從設備也是如此。支持IEEE-1588的以太網交換機既是透明設備，也可以是邊界設備，可改善主站和從站之間的同步，從而確保主站和從站不受數據包延遲變化的影響。

隨著以太網在移動軍事平臺上變得無處不在，通信、視頻和機器人等高級應用將需要網絡設備的這種高級定時和同步。使用開放式架構并在以太網上標準化作為通用通信平臺，同時使用IEEE-1588標準，將確保網絡上所有設備之間的校準通信，以提供以太網可靠性和確定性的實時通信。

審核編輯：郭婷