IEEE1588定義了為網絡測量和控制系統提供精確時鐘同步協議的標準，運營商、電力、制造、運輸等各大行業的部分系統都需要一個能在低成本、易部署的以太網上為其提供高精度時鐘同步的方法，IEEE1588能滿足此需求。可以預見，IEEE1588將是這些業務系統的重要組成部分，在部署它之前需要對設備能力進行充分的測試，以確保滿足業務要求。

IEEE1588分為兩個版本，本文參照版本2——IEEE Std 1588-2008。

2 IEEE1588基本原理

2.1 IEEE1588幾個基本概念

●域(Domain)是一個邏輯概念，屬于同一個域的設備之間進行信息同步，不同域之間不需要同步。
     ●普通時鐘(Ordinary Clock)，在一個域中只有一個運行PTP協議的端口，既可以是主時鐘，也可以是從時鐘。
     ●邊界時鐘(Boundary Clock)，在一個域中有多個運行PTP協議的端口，可以同時是主時鐘和從時鐘。
     ●端到端(End-to-end)E2E透明時鐘，位于主從時鐘之間，計算自身的駐留時間并累加到報文的修正域中。
     ●點到點(Peer-to-peer)P2P透明時鐘，位于主從時鐘之間，計算點到點鏈路時延和自身的駐留時間并累加到報文的修正域中。

2.2 主從關系的建立

在一個域中，普通時鐘和邊界時鐘的每個端口都有各自獨立的狀態，各個端口通過最佳主時鐘算法(BMC，Best Master Clock algorithm)，比較收到的宣告(Announce)報文內容以及自身配置，計算端口狀態，狀態包括主、從、消極(既不是主時鐘，也不向主時鐘同步，出現在環路情況下)，BMC算法在一個網段上只會選擇一個主設備。此外，一個域中還存在一個超級主時鐘(Grandmaster Clock)，其它設備的都直接或間接向其同步。一個域中會達到一個相對穩定的狀態，具體參見圖1。

     圖1 主從關系的建立

2.3 PTP協議報文交互

PTP協議是IEEE1588的核心協議，設備之間通過運行PTP協議，交互PTP報文，實現時間和頻率的同步。普通的PTP協議交互步驟如下(見圖2)：

      圖2 PTP協議報文交互

●主設備會發送sync報文，如果報文中包括發送此報文的時間戳且不再發Follow_up報文則稱作一步時鐘，如果隨后再發送個Follow_up報文記錄發送Sync報文的精確時間戳則稱為兩步時鐘(一步時鐘對芯片的精度要求更高)，從設備收到這一個或兩個報文后記錄下兩個時間t1(Sync發出時間)，t2(從設備收到Sync報文時間)。

●從設備在t3時刻發送時延請求報文，主設備在t4時刻收到此報文，并將此時間戳放在時延響應報文中發給從設備，從設備此時又記錄下了t3和t4。

2.4 同步計算方法

IEEE1588有個前提：主從設備之間的雙向時延需要相對穩定(IEEE1588支持雙向時延不同，可以通過異步時延(Delay Asymmetry)進行修正，但仍要求雙向時延穩定，Delay Asymmetry的測量不在IEEE1588標準中規定，需要通過其它方法測出雙向的時延。在普通以太網的鏈路上基本能夠滿足此要求，但以太網設備如路由器交換機等則很難滿足，在設備出現擁塞時會將一部分報文緩存，引入了不確定的報文在設備內駐留的時間，但報文從相反方向進入設備時可能沒有擁塞，這樣雙向時延有可能相差很大，所以PTP協議最好不要跨越不感知PTP報文的路由器或交換機來同步時鐘。

當從設備知道了4個時間后就計算出了從設備與主設備之間的傳輸時延，Delay=[(t2-t1)+(t4-t3)]/2。從設備與主設備的時間偏差為Offset=t2-(t1+Delay)=[(t2-t1)-(t4-t3)]/2。從設備根據計算出來的偏差修改本地時間，完成了時鐘同步。

在多跳組網環境中通過，相連的兩臺設備建立主從關系，將時鐘一跳一跳同步下去，這樣精度會隨著跳數增加顯著降低，積累誤差逐漸增加，而PTP跨越不感知PTP報文的設備也會使精度降低，這樣就產生了一個問題，如何在多跳的大型網絡中進行高精度的同步時鐘，解決方法就是引入透明時鐘。透明時鐘用來減少網絡抖動的影響，進行非對稱性修正，透明時鐘沒有主從狀態，能夠減少大型網絡中的積累誤差。透明時鐘包括端到端(E2E)透明時鐘和點到點(P2P)透明時鐘。

2.5 E2E透明時鐘

E2E可以理解為對直連模式的擴展，允許主設備和從設備之間有多臺設備，但這些設備需要感知PTP報文，即作為E2E透明時鐘。E2E透明時鐘設備需要在報文中將該報文在設備里的駐留時間累加到修正域中，對所有經過的PTP報文都進行此操作。在普通PTP報文交互的基礎上，增加了兩個數值，一個是報文從主設備到從設備的時間修正值c1(可以經過任意跳E2E透明時鐘，最終得到的值)，另一個是反向時間修正值c2，此時Delay=[(t2-t1-c1)+(t4-t3-c2)]/2，從設備與主設備的時間偏差為Offset=t2-t1-Delay-c1(此處只介紹了一步時鐘的情況，兩步時鐘參見標準)。簡單的說E2E模式下把主設備和從設備之間的不穩定的駐留時間扣除，利用穩定的雙向傳輸時間之和除以二來計算Delay，之后再進行同步。

2.6 P2P透明時鐘