NTP 및 PTP 메시지 요약

PTP와 NTP는 모두 패킷 기반 네트워크를 통해 시간 동기화를 제공합니다.

이 문서에서는 두 프로토콜의 작동 방식을 설명하고 차이점을 보여줍니다.

빠른 링크:

1. 소개

PTP와 NTP는 모두 패킷 기반 네트워크를 통해 시간 동기화를 제공합니다.

NTP(Network Time Protocol)에서 사용하는 서버 및 클라이언트 모델과 유사하게 PTP는 마스터 및 슬레이브 시계 간에 사용되는 동기화 메시지를 정의합니다.

그러나 두 프로토콜이 동일한 응용 프로그램에 사용되는 것은 아닙니다.

선호하는 프로토콜은 시스템 요구 사항에 따라 다릅니다.

이 문서에서는 두 프로토콜의 작동 방식을 설명하고 차이점을 보여줍니다.

여기에 제공된 두 프로토콜에 대한 설명을 통해 독자는 두 프로토콜의 장점을 이해하고 필요에 맞는 솔루션을 선택할 수 있습니다.

2. NTP – 네트워크 시간 프로토콜(RFC 1305, 5905)

NTP는 시간 분배에 여전히 널리 사용되는 고대 인터넷 프로토콜입니다.

NTP는 공용 네트워크와 공용 인터넷에서 모든 장치를 쉽게 동기화할 수 있는 방법을 제공합니다.

로컬 네트워크에서 안정적인 시간을 보장하려면 네트워크의 GNSS 안테나에 NTP 서버를 연결하는 것이 좋습니다.

시계, 액세스 제어 시스템 및 기타 그러한 시스템에는 시간이 걸리지만 NTP의 정확도는 충분합니다.

NTP의 강점은 견고성과 표준 IT 장비에서 실행할 수 있는 능력에 있습니다.

NTP는 사용자 데이터그램 프로토콜 UDP를 사용하여 요청 및 응답을 전송합니다.

NTP는 두 가지 모드를 지원합니다.

2.1 동기화 원리 – NTP 유니캐스트

시계를 원격 서버와 동기화하려면 NTP 클라이언트가 다음을 계산해야 합니다.

왕복 지연 그리고 오프셋. 왕복 지연은 다음과 같이 계산됩니다.

어디
t0 요청 패킷 전송의 클라이언트 타임스탬프입니다.

t1 요청 패킷이 수신된 서버 타임스탬프입니다.

t2 응답 패킷 전송의 서버 타임스탬프입니다.

t3 응답 패킷을 수신한 클라이언트 타임스탬프입니다.

그러므로
t3 -T0 클라이언트가 요청 패킷을 전송하고 응답 패킷을 수신하는 사이에 경과된 시간이며,
t2 – T1 응답을 보내기 전에 서버가 대기하는 시간입니다.

오프셋 θ는 다음과 같이 지정됩니다.

NTP 동기화는 수신 및 발신 모두에 대해 정확합니다.

노선 클라이언트와 서버 간에는 대칭적인 공칭 대기 시간이 있습니다.

2.2 동기화 원리 – NTP 멀티캐스트

멀티캐스트는 일종의 브로드캐스트이지만 정의된 최종 장치 그룹에만 적용됩니다.

최종 장치는 가상 IP 주소를 사용하여 스위치 또는 라우터에서 IGMP(Internet Group Management Protocol)를 통해 그룹 구성원을 등록합니다.

스위치/라우터는 어떤 멀티캐스트 패킷을 어떤 포트로 보내야 하는지 등록합니다.

이러한 유형의 시간 동기화는 통신이 동일한 멀티캐스트 그룹의 참가자 간에 한 방향으로만 발생하기 때문에 네트워크에 최소한의 부하를 줍니다.

멀티캐스트 정의:

클라이언트는 그룹에 가입하고 그룹 주소에서 “수신”합니다.
클라이언트에는 IP 주소가 필요하지 않습니다.
서버는 그룹 주소로 데이터를 보냅니다.
단방향 통신
그룹 주소는 224.0.0.0~239.255.255.255 범위의 IP 주소입니다.

2.3 NTP 시간 동기화 계층 정의

NTP는 클록 소스 수준의 계층적 시스템을 사용합니다.

이 계층 구조의 각 수준을 계층 구조라고 하며 맨 위에서 1부터 시작하여 번호가 매겨집니다.

계층 구조 수준은 참조 클럭으로부터의 거리를 정의합니다.

등급이 품질이나 신뢰성의 지표가 아니라는 점에 유의하는 것이 중요합니다.

이러한 계층의 정의는 다음 개념과도 다릅니다.

종탑 전화 에코 백신 접종 시스템에 사용됩니다.

노란색 화살표는 직접 연결을 나타냅니다.

빨간색 화살표는 네트워크 연결을 나타냅니다.

GNSS 시계 일반적으로 Tier 0 시계로 간주됩니다.

즉, GNSS 시간 신호 수신기에 의해 동기화된 NTP 서버는 계층 1 클럭을 나타냅니다.

3. PTP – 정밀 시간 프로토콜

PTP(Precision Time Protocol)는 패킷 기반 네트워크에서 시계를 동기화하기 위한 프로토콜입니다.

LAN 또는 WAN을 통해 다양한 시스템 및 응용 프로그램에 매우 정확하고 안정적인 시간을 제공하는 데 사용됩니다.

PTP는 IEEE 1588 표준에 정의되어 있습니다.

3.1 동기화 원리 – PTP

슬레이브는 자신의 시간이 마스터의 시간과 일치하도록 이 값을 수정해야 합니다.

먼저 슬레이브 장치는 클록 드리프트를 수정하여 시간을 조정(동기화)한 다음 전송 주기에서 오프셋을 결정합니다(동기화).

3.1.1 동기화 – 슬레이브 주파수를 마스터로 조정

시간 동기화 전에 슬레이브는 연속적인 동기화 메시지(주파수 정렬)를 사용하여 마스터와 자체 동기화합니다.

연속된 두 타임스탬프 간의 차이 t1 슬레이브는 마스터로부터 동기화 메시지 사이의 간격을 알립니다.

자신의 타임 스탬프 t2 이제 그는 시계 오차를 계산하고 보정할 수 있습니다.

이 과정은 주기적으로 반복되어 환경 조건이나 기타 변화로 인해 시간 경과에 따른 주파수 변화를 보상합니다.

3.1.2 동기화 – 슬레이브에서 마스터로 시간 조정

여기에 표시된 절차는 PTP 슬레이브의 시간을 동기화하기 위한 것입니다.

호스트는 먼저 동기화 메시지를 보냅니다(2단계 모드로 이어짐). 그런 다음 슬레이브는 지연된 요청을 보내고 지연된 응답을 다시 받습니다.

이 메시지로 슬레이브는 세 개의 타임스탬프 t1을 수집합니다.

t4에서 이를 통해 그는 오프셋을 계산하고 마스터 중 하나에 대한 시간을 조정할 수 있습니다.

PTP 정확도의 핵심은 하드웨어 타임스탬프가 필요하기 때문에 네 가지 타임스탬프의 정확도입니다.

3.2 PTP 클라이언트 동기화

표준은 슬레이브 장치가 내부 클록을 수정하는 방법을 정의하지 않습니다.

두 가지 옵션이 있습니다.

원활한 전환: 슬레이브는 마스터 시간과 일치할 때까지 시계 속도를 높이거나 낮춥니다.
즉시 단계: Slave는 시간을 Master의 시간으로 설정합니다(앞으로 또는 뒤로 점프).

사용할 동작은 애플리케이션에 따라 다릅니다.

로깅 이유와 같이 시간 점프가 허용되지 않는 경우 부드러운 전환이 필요합니다.

반면에 빠른 정렬이 중요하다면 바로 뛰어 들어 타이밍을 잡는 것이 가장 좋습니다.

3.3 구성 가능성

3.3.1 대기 시간 측정 모드 – E2E 또는 P2P

엔드투엔드(E2E):

이 지연 메커니즘은 슬레이브가 자신과 마스터 사이의 지연을 측정하도록 요구합니다(따라서 종단 간). 마스터와 슬레이브는 DELAY REQUEST 및 DELAY RESPONSE라고 하는 IEEE 1588 메시지를 서로 주고받으며 지연을 측정할 수 있습니다.

대기 시간이 알려지면 슬레이브는 주파수와 시간을 조정하여 마스터와 동기화할 수 있습니다.

이상적으로는 와이어와 같이 마스터와 슬레이브 간의 지연이 일정합니다.

실제 네트워크에는 대기 시간 변수를 생성하는 계층 2 및/또는 계층 3 장치가 있습니다.

마스터와 슬레이브 사이의 네트워크 장치가 투명한 시계 역할을 할 때 슬레이브는 특정 PTP 메시지에 수정 값을 추가하여 이러한 변수 지연을 제거하는 데 도움을 줍니다.

피어 투 피어(P2P):

이 대기 시간 메커니즘은 입력 포트와 입력 포트의 다른 끝에 연결된 장치(피어) 사이의 대기 시간을 측정하기 위해 각 네트워크 요소가 필요합니다.

마스터가 시간 보기(SYNC 메시지 사용)를 슬레이브에 보낼 때 각 네트워크 요소는 SYNC 메시지를 수신하고 SYNC 메시지에 수정 사항을 추가합니다.

보정은 SYNC 메시지를 수신하는 입력 포트의 라인 지연 측정으로 구성됩니다.

투명 클록의 경우 보정에는 브리지를 통한 지연도 포함됩니다.

이 보정은 노드가 홉별로 이동함에 따라 누적됩니다.

SYNC 메시지가 결국 슬레이브에 도달함에 따라 SYNC 메시지의 누적 수정에는 마스터에서 슬레이브까지의 총 지연이 포함됩니다.

따라서 슬레이브가 마스터와 메시지를 주고받을 필요가 없습니다.

P1588P는 최신 IEEE 1588 기술이며 현재 배포된 모든 장치가 P1588P를 지원하는 것은 아닙니다.

3.3.2 멀티캐스트 및 유니캐스트 구성

원래 PTP는 멀티캐스트로 정의되었습니다.

BMCA는 멀티캐스트 메시지를 사용하여 그랜드마스터에게 전송하며 멀티캐스트를 통해서만 슬레이브가 사용자 설정 없이 스스로 마스터를 찾을 수 있습니다.

대규모 네트워크의 멀티캐스트 트래픽은 더 많은 트래픽을 생성하며 일부 네트워크는 다른 이유로 멀티캐스트를 지원하지 않습니다.

이러한 경우 유니캐스트 작업이 실행 가능한 솔루션입니다.

유니캐스트 통신을 사용할 때 슬레이브는 마스터의 주소를 미리 알고 있어야 합니다(사용자가 설정). 슬레이브는 그들이 시간을 보낼 수 있는 곳을 알기 위해 가능한 마스터 목록(허용되는 마스터 테이블)이 필요합니다.

멀티캐스트	유니캐스트
BMCA를 통한 자체 구성 일부 네트워크는 멀티캐스트를 차단합니다.	네트워크 트래픽 감소 마스터 사전 설정 필요

3.3.3 레이어 2와 레이어 3

계층 2는 두 장치 간의 물리적 연결을 설정하고 종료하는 데 사용되는 프로토콜을 정의합니다.

아래에 IEEE802, 레이어 2는 두 개의 하위 레이어로 나눌 수 있습니다.

MAC은 장치가 미디어에 액세스하고 전송할 수 있도록 권한을 부여하는 반면, LLC(Logical Link Layer)는 먼저 네트워크 계층에서 프로토콜을 식별한 다음 오류 및 프레임 동기화를 확인합니다.

계층 3은 IP 주소를 사용하고 계층 2는 MAC 주소를 사용합니다.

MAC 주소는 각 장치의 네트워크 어댑터에 대한 고유 식별자입니다.

IP 주소는 MAC 주소보다 높은 수준의 추상화이므로 필연적으로 “느립니다”(이론적으로 인간의 경험은 학문적입니다). IP 주소는 일반적으로 DHCP 서버에 의해 “임대”되거나 “할당”됩니다.

MAC 주소는 네트워크 어댑터의 고정 주소이며 하드웨어 어댑터를 변경하지 않고 장치에서 변경할 수 없습니다.

PTPv2는 UDP(ISO/OSI 레이어 3, Ethertype: UDP x0800) 또는 이더넷(레이어 2, Ethertype x88F7)에서 직접 실행할 수 있는 가능성을 제공합니다.

3.3.4 레이어 1 및 레이어 2 구성

IEEE 1588 정확도의 핵심은 물리적 인터페이스에 들어오고 나가는 PTP 메시지의 타임스탬프에 최대한 근접할 수 있다는 것입니다.

높은 정밀도는 하드웨어를 사용하여 타임스탬프를 캡처해야만 달성할 수 있습니다.

두 가지 유형의 타임스탬프 모드(단상 및 2상)가 사용됩니다.

1단계 모델

타임스탬프는 메시지가 물리적 포트로 전송되기 시작할 때 실시간으로 캡처되고 메시지가 전송될 때 즉시 타임스탬프가 지정됩니다.

2단계 모델

타임스탬프는 메시지가 물리적 포트로 전송되기 시작할 때 실시간으로 캡처되지만 해당 메시지에 즉시 추가되지는 않습니다.

이와 같이 endy 메시지를 사용하여 캡처의 타임스탬프를 전달합니다.

IEEE 1588v2의 초기 구현에서는 하드웨어가 즉시 타임스탬프를 추가할 수 없었기 때문에 2단계 타임스탬프 체계를 사용했습니다.

대부분의 최신 구현은 단상 타임스탬프 모드를 지원합니다.

3가지 최고의 마스터 클럭 알고리즘:

PTP 도메인의 모든 노드는 소위 «Announce» 메시지를 수신합니다.

하나 메시지 발표 전송하는 시계의 품질과 우선 순위에 대한 정보가 포함되어 있습니다.

아니오 때 “발표하다” 정의된 간격으로 메시지를 수신 노드 beco 또는 마스터 자체 «Notify» 메시지 전송 시작
노드가 더 나은 품질의 «Announce» 메시지를 수신하면 노드는 «Announce» 메시지 전송을 중단하고 혼돈의 노예가 됩니다.
노드가 품질이 좋지 않은 «Announce» 메시지를 수신하면 노드는 마스터 노드에 남아 정의된 간격으로 «Announce» 메시지를 계속 보냅니다.
- 네트워크에서 어떤 노드가 네트워크에서 가장 좋은 노드인지 결정하면 이 노드만 Announce 메시지를 보냅니다.
  
  => 1개의 마스터, N개의 슬레이브
- 알고리즘은 항상 실행됩니다.
  
  즉, 다른 노드 b가 다른 노드보다 낫거나 현재 마스터 노드가 다른 노드보다 나쁩니다.
  
  토폴로지 변경
이 알고리즘 최고의 마스터 클록 알고리즘(BMCA)

3.3.5 메시지 간격 및 타임아웃

PTP는 서로 다른 유형의 메시지에 대해 세 가지 구성 가능한 간격(섹션 3.1에서 설명)을 정의합니다.

데모 간격:

알림 메시지의 간격은 2-7에서 구성할 수 있습니다.

2롤 7 두번째.

알림 메시지는 이 범위 내에서 초당 128회 보낼 수 있습니다.

초에서 128초마다 한 번.

별도로 정의하지 않으면 2초마다 알림 메시지를 보내는 설정 1이 사용됩니다.

동기화 간격

알림 메시지와 동일한 동기화 간격 범위를 구성할 수 있습니다.

매초 동기화 메시지를 보내는 기본 설정인 0을 사용합니다.

지연 요청 간격

알림 메시지와 동일한 범위에서 지연 요청 간격을 구성할 수 있습니다.

지연된 요청 메시지가 1초마다 전송되는 기본 설정인 0을 사용합니다.

3.4 윤곽선

PTP 프로파일은 선택적 기능 및 속성 값의 선택입니다.

프로필의 목적은 가능한 PTP 속성에 대한 제한을 설정하여 특정 응용 프로그램에서 서로 다른 PTP 장치 간의 상호 운용성을 단순화하는 것입니다.

IEEE 1588은 두 가지 기본 PTP 프로필을 정의합니다.

기본 엔드투엔드:
레이어 3 종단 간 동기화(섹션 2.3 참조)

기본 P2P:
레이어 2 P2P 동기화(2.4장 참조)

다른 프로필은 특정 응용 프로그램에 대해 개별 산업에서 정의합니다.

전력 산업:
IEEE 61850-9-3(전력 프로필), EEE C37.238(전력 프로필)

모바일 전자상거래에 대한 간략한 소개:
ITU-T G.8265.1에 정의된 주파수 곡선, ITU-T G.8275.1 및 G.8275.2에 정의된 위상 곡선

방송:
SMPTE 표준 2059-2 2015

TSN(방송, 자동화):
IEEE 802.1AS

4. 비교 – NTP와 PTP

부인 성명: 다음 정보는 일반적으로 유효하지 않습니다.

비교는 귀하의 요구 사항에 따라 다르며 실제 응용 프로그램에 따라 다를 수 있습니다!
기본 요소를 대조해 보십시오. 각 프로토콜의 장점을 보여주기 위해 기본 요소를 서로 비교합니다.

명확한 경계선이 없으며 응용 프로그램이 궁극적으로 프로토콜 선택을 결정한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.

NTP 및 PTP 시간 서버는 모두 네트워크 시간 프로토콜을 사용하여 시간 동기화를 위해 네트워크의 다른 장치에 시간을 제공합니다.

► “응용 프로그램 수준” 동기화를 위한 NTP

거친 나뭇결
동기화 보장 요구 사항은 없습니다.
예: 타임스탬프 오류 로그 파일

►정확한 동기화를 위한 PTP

미션 크리티컬 애플리케이션
전용 하드웨어로 경로 문제 최소화
네트워크 및 장치 지터를 제거하는 고급 알고리즘

4.1 네트워크 트래픽

두 프로토콜의 로드는 주로 구성된 설정에 따라 다릅니다.

4.2 고객 수

국가계획청:

기본적으로 멀티캐스트 모드는 무제한의 클라이언트를 허용합니다.

NTP 시간 패킷은 한 번에 모든 클라이언트에게 전송되므로 클라이언트 수는 서버와 관련이 없으며 부하를 증가시키지 않습니다.

유니캐스트 모드에서 NTP 서버는 클라이언트의 각 요청에 개별적으로 응답해야 합니다.

강력한 최첨단 NTP 서버는 정확성을 유지하면서 초당 수천 건의 요청에 응답할 수 있습니다.

클라이언트 자체의 경우 네트워크에 있는 다른 클라이언트의 수는 중요하지 않습니다.

피어 투 피어:

대부분의 PTP는 연결된 모든 장치의 네트워크 부하를 증가시키는 멀티캐스트 통신을 사용합니다.

각 장치는 네트워크에서 전송되는 모든 멀티캐스트 메시지를 처리할 수 있어야 합니다.

이 구성에서 최대 클라이언트 수는 마스터뿐만 아니라 연결된 모든 장치에 따라 다릅니다.

유니캐스트 모드를 사용하는 경우 이 제한이 제거되고 이 제한은 Chess Master에 의해서만 정의됩니다.

그랜드마스터는 정확도 손실 없이 초당 수천 건의 요청에 응답할 수 있습니다.

전반적으로 처리할 수 있는 클라이언트 수는 구성된 간격에 따라 다릅니다.

4.3 귀하의 애플리케이션에 적합한 프로토콜은 무엇입니까?

부인 성명: 다음 정보는 일반적으로 유효하지 않습니다.

명확한 경계선이 없으며 응용 프로그램이 궁극적으로 프로토콜 선택을 결정한다는 점을 이해하는 것이 중요합니다.

PTP와 NTP는 모두 패킷 기반 네트워크를 통해 시간 동기화를 제공합니다.

그러나 두 프로토콜이 동일한 응용 프로그램에 사용되는 것은 아닙니다.

선호하는 프로토콜은 시스템 요구 사항에 따라 다릅니다.

NTP는 밀리초 수준의 동기화 정확도가 필요한 모든 응용 프로그램을 위한 선택입니다.

몇 초면 충분합니다.

이러한 응용 분야에서 NTP는 가장 간단하고 경제적인 솔루션입니다.

안정적이고 견고하며 구성하기 쉽습니다.

NTP는 기본 네트워크에 특별한 구성이나 장비가 필요하지 않습니다.

일반적인 NTP 애플리케이션에는 다음이 포함됩니다.

클록 동기화
로그 파일

더 높은 정밀도가 필요한 경우 PTP가 필요합니다.

PTP 서브마이크로초 또는 나노초 정확도가 가능합니다.

PTP의 핵심은 하드웨어 타임스탬프입니다.

이 높은 정밀도는 타임스탬프가 와이어에 가깝게 나타날 때만 달성할 수 있습니다.

단점은 전용 하드웨어 및 엔지니어링 네트워크가 필요하다는 것입니다.

일반적인 PTP 애플리케이션에는 다음이 포함됩니다.

전화 ecom-기지국 동기화
트래픽 제어 – 다른 제어 장치 또는 다른 스테이션의 동기화
방송 – 오디오 및 비디오 장비의 동기화
에너지 – 변전소 동기화
뱅킹 – 고속 트랜잭션 동기화

5. MobaTime은 어떻게 신청하나요?

이동 시간 공급 NTP 그리고 PTP 제품, PRC, PTP IEEE1588 V2, NTP 등 추적성과 정확성이 뛰어난 고정밀 인터페이스를 제공합니다.

그랜드마스터와 시간 서버에는 수정 또는 원자 발진기가 장착되어 GNSS를 사용하는 대규모 및 중간 규모 인프라 네트워크의 동기화를 지원하는 시간, 펄스, 위상 및 주파수 솔루션을 제공합니다.

NTP 시간 서버 높은 정밀도와 안정성으로 네트워크를 동기화합니다.

IT 네트워크의 모든 시스템은 NTP를 통한 동기화 덕분에 정확한 시간을 갖습니다.

따라서 정확한 타임스탬프를 통해 이벤트를 연대순으로 정렬할 수 있습니다.

모든 네트워크 환경에 대한 고정밀 시간
다양한 애플리케이션을 위한 NTP(Network Time Protocol) 시간 서버
복잡한 시계 시스템을 위한 결합된 시간 서버 마스터 시계

PTP 그랜드마스터 최고의 정밀도와 가용성을 보여주는 결합된 시간 및 동기화 시스템. IEEE-1588로 제공됩니다.

PTP Master는 예를 들어 고주파 거래 애플리케이션에서 엄격한 MiFID II 시간 정밀도 사양을 준수하기 위한 기본 요구 사항을 충족합니다.

루비듐 발진기는 매우 안정적이고 매우 정확하기 때문에
프리휠 모드에서 매우 정확함
다양한 애플리케이션을 위한 PTP(Precision Time Protocol) 시간 서버

PTP 슬레이브 제품 – DTS 4020. 타임 브리지 PTP 신호를 레거시 신호로 변환할 수 있습니다.