PTP について
PTP は、ネットワークに分散したノード間で時刻同期を行うプロトコルで、IEEE 1588 に定義されています。PTP を使用すると、イーサネット ネットワークを介して 1 マイクロ秒未満の精度で、分散したクロックを同期できます。さらに、PTP のハードウェア タイムスタンプ機能は、ERSPAN タイプ III ヘッダのタイムスタンプ情報を提供します。この情報は、エッジ スイッチ、集約スイッチ、およびコア スイッチ間のパケット遅延の計算に使用できます。
PTP システムは、PTP および非 PTP デバイスの組み合わせで構成できます。PTP デバイスには、オーディナリ クロック、境界クロック、およびトランスペアレント クロックが含まれます。非 PTP デバイスには、通常のネットワーク スイッチやルータなどのインフラストラクチャ デバイスが含まれます。
PTP は、システムのリアルタイム PTP クロックが相互に同期する方法を指定する分散プロトコルです。これらのクロックは、グランドマスター クロック(階層の最上部にあるクロック)を持つマスター/スレーブ同期階層に編成され、システム全体の時間基準を決定します。同期は、タイミング情報を使用して階層のマスターの時刻にクロックを調整するメンバーと、PTP タイミング メッセージを交換することによって実現されます。PTP は、PTP ドメインと呼ばれる論理範囲内で動作します。
PTP は次の機能をサポートしています。
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マルチキャストおよびユニキャスト PTP 転送:マルチキャスト転送モードでは、PTP はデバイス間の通信に IEEE 1588 標準に従ってマルチキャスト宛先 IP アドレス 224.0.1.129 を使用します。送信元 IP アドレスの場合、PTP ドメインでユーザが設定可能なグローバル IP アドレスを使用します。ユニキャスト トランスポート モードでは、PTP はインターフェイスで設定可能な設定可能なユニキャスト送信元および宛先 IPア ドレスを使用します。ユニキャスト モードとマルチキャスト モードの両方で、PTP は UDP ポートを使用します。イベント メッセージには 319、デバイス間の一般的なメッセージ通信には 320 を使用します。
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PTP マルチキャスト設定は、L2 または L3 の物理インターフェイスでのみサポートされます。L3 物理インターフェイスでのみサポートされるユニキャスト PTP 設定。PTP は、ポートチャネル、SVI、トンネルなどの仮想インターフェイスではサポートされません。
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IP over UDP over PTP カプセル化:PTP は、IP 上のトランスポート プロトコルとして UDP を使用します。ユニキャスト モードとマルチキャスト モードの両方で、PTP はイベント メッセージに UDP ポート 319 を使用し、デバイス間の一般的なメッセージ通信に 320 を使用します。L2 カプセル化モードは、 ではサポートされていません。
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PTP プロファイル:PTP はデフォルト(1588)、AES67、および SMPTE 2059-2 プロファイルをサポートします。すべての同期要求間隔と遅延要求間隔が異なります。デフォルトプロファイルの詳細については、IEEE 1588 を参照してください。AES67 および SMPTE 2059-2 の詳細については、それぞれの仕様を参照してください。
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パス遅延測定:マスターとスレーブのデバイス間の遅延を測定する遅延要求および応答メカニズムをサポートします。ピア遅延要求および応答メカニズムは、 ではサポートされていません。
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メッセージ間隔:デバイス間でアナウンス、同期、および遅延要求メッセージを送信する必要がある間隔を設定できます。
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ベスト マスター クロック(BMC)の選択:BMC アルゴリズムは、1588 仕様に従って受信したアナウンス メッセージに基づいて、PTP 対応インターフェイスのマスター、スレーブ、およびパッシブ状態を選択するために使用されます。
PTP オフロード
この機能により、ライン カードに PTP 機能が分散され、システムでサポートされる PTP セッション数のスケーリングが可能になります。この機能は、9700-EX、9700-FX、9636C-R、9636Q-R、および 9636C-RX ライン カードを搭載した Cisco Nexus 9500 プラットフォーム スイッチで使用できます。
PTP デバイス タイプ
PTP デバイス タイプは設定可能で、クロック タイプの設定に使用できます。
クロック
次のクロックは、一般的な PTP デバイスです。
- オーディナリ クロック
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エンド ホストと同様に、単一の物理ポートに基づいてネットワークと通信します。オーディナリ クロックはグランドマスター クロックとして動作できます。
- 境界クロック
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通常、複数の物理ポートがあり、各ポートはオーディナリ クロックのポートのように動作します。ただし、各ポートはローカル クロックを共有し、クロックのデータ セットはすべてのポートに共通です。各ポートは、境界クロックのその他すべてのポートから使用可能な最善のクロックに基づいて、個々の状態を、マスター(それに接続されている他のポートを同期する)またはスレーブ(ダウンストリーム ポートに同期する)に決定します。同期とマスター/スレーブ階層の確立に関するメッセージは、境界クロックのプロトコル エンジンで終了し、転送されません。
- トランスペアレント クロック
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通常のスイッチやルータなどのすべての PTP メッセージを転送しますが、スイッチでのパケットの滞留時間(パケットがトランスペアレント クロックを通過するために要した時間)と、場合によってはパケットの入力ポートのリンク遅延を測定します。トランスペアレント クロックはグランドマスター クロックに同期する必要がないため、ポートの状態はありません。
次の 2 種類のトランスペアレント クロックがあります。
- エンドツーエンド トランスペアレント クロック
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PTP メッセージの滞留時間を測定し、PTP メッセージまたは関連付けられたフォローアップ メッセージの修正フィールドの時間を収集します。
- ピアツーピア トランスペアレント クロック
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PTP メッセージの滞留時間を測定し、各ポートと、リンクを共有する他のノードの同じように装備されたポートとの間のリンク遅延を計算します。パケットの場合、この着信リンクの遅延は、PTP メッセージまたは関連付けられたフォローアップ メッセージの修正フィールドの滞留時間に追加されます。
(注) |
PTP は境界クロック モードのみで動作します。シスコでは、スイッチに接続された、同期を必要とするクロックが含まれるサーバを使用して、グランドマスター クロック(10 MHz)アップストリームを配置することを推奨します。 エンドツーエンド トランスペアレント クロック モードとピアツーピア トランスペアレント クロック モードはサポートされません。 |
- グランドマスタークロック
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単一の PTP ドメインでは、グランドマスター(GM)ノードは PTP ネットワーク全体のプライマリ クロック ソースとして機能します。GM ノードのプライマリ ソースは、内部 GNSS システムまたは外部 GNSS システムのいずれかから取得されます。GM ノードは他の PTP ノードから時間または周波数を同期できません。つまり、GM ノードはスレーブ ポートを持つことができず、すべてのポートはマスター ロールとしてのみ機能します。
クロック モード
IEEE 1588 規格は、PTP をサポートするデバイスが 1 ステップと 2 ステップで動作するための 2 つのクロックモードを指定しています。
1 ステップ モード:
1 ステップ モードでは、クロック同期メッセージに、マスター ポートがメッセージを送信した時刻が含まれます。ASIC は、同期メッセージがポートを出るときにタイムスタンプを追加します。1 ステップ モードで動作するマスターポートは、Cisco Nexus 9508-FM-R および 9504-FM-R ファブリック モジュール、および Cisco Nexus 9636C-R、9636Q-R、および 9636C-RX ラインカードで使用できます。
スレーブ ポートは、同期メッセージの一部として送信されるタイムスタンプを使用します。
2 ステップ モード:
2 ステップ モードでは、同期メッセージがポートを出た時刻は後続のフォローアップ メッセージで送信されます。これは、デフォルトのモードです。
PTP プロセス
PTP プロセスは、マスター/スレーブ階層の確立とクロックの同期の 2 つのフェーズで構成されます。
PTP ドメイン内では、オーディナリ クロックまたは境界クロックの各ポートが、次のプロセスに従ってステートを決定します。
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受信したすべての(マスター ステートのポートによって発行された)アナウンス メッセージの内容を検査します
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外部マスターのデータ セット(アナウンス メッセージ内)とローカル クロックで、優先順位、クロック クラス、精度などを比較します
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自身のステートがマスターまたはスレーブのいずれであるかを決定します
オーディナリ クロックと境界クロックは、Sync 、Delay_Req 、Follow_Up 、Delay_Resp イベント メッセージを使用してタイミング情報を生成し、伝えます。
これらのメッセージは、次のシーケンスで送信されます。
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マスターが、スレーブに Sync メッセージを送信し、それが送信された時刻
(t1)
を記録します。1 ステップ Sync メッセージの場合、メッセージはマスターから送り出された時刻を示します。2 ステップ メッセージの場合、この時刻は、後続の Follow-Up イベントメッセージで送信されます。 -
スレーブは、Sync メッセージを受信し、受信した時刻
(t2)
を記録します。 -
マスターはスレーブに対し、タイムスタンプ
t1
を、Follow_Up イベント メッセージに埋め込むことにより送信します。 -
スレーブはマスターに対し、Delay_Req メッセージを送信し、送信した時刻
t3
を記録します。 -
マスターは Delay_Req メッセージを受信し、受信した時刻、
t4
を記録します。 -
マスターはスレーブに対し、タイムスタンプ
t4
を、Delay_Resp メッセージに埋め込むことによって送信します。 -
このシーケンスの後、スレーブは 4 つすべてのタイムスタンプを所有します。これらのタイムスタンプを使用して、マスターに対するスレーブ クロックのオフセットと、2 つのクロック間のメッセージの平均伝達時間を計算できます。
次の図は、タイミング情報を生成して通信する PTP プロセスのイベント メッセージを示しています。
PTP の ITU-T 電気通信プロファイル
Cisco NX-OS ソフトウェアは、ITU-T 勧告の定義に従って、PTP の ITU-T 電気通信プロファイルをサポートしています。プロファイルは、特定のアプリケーションにのみ適用可能な PTP 設定オプションで構成されます。
IEEE 1588-2008 標準に基づいて PTP を異なるシナリオに組み込むために、個別のプロファイルを定義することができます。電気通信プロファイルは、IEEE 1588-2008 標準で定義されているデフォルトの動作とはいくつかの点で異なります。主要な相違点については、以降の項で説明します。
次の項では、PTP でサポートされている ITU-T 電気通信プロファイルについて説明します。
Telecom Profile G.8275.1
シスコの Telecom Profile G.8275.1 機能は、ITU-T G.8275.1 をサポートします。これは、ネットワーク標準からの完全なタイミングサポートによる、フェーズ/時間同期用の高精度時間プロトコル Telecom プロファイルです。G.8275.1 プロファイルは、PTP プロトコルに参加しているすべてのネットワーク デバイスとの電気通信ネットワークにおける時刻およびフェーズの同期要件を満たしています。SyncE を使用した G.8275.1 プロファイルは、時刻およびフェーズの同期の周波数安定性を向上させます。
G.8275.1 プロファイルの特徴は次のとおりです。
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同期モデル:G.8275.1 プロファイルは、ホップバイホップ同期モデルを採用しています。マスターからスレーブへのパス内の各ネットワーク デバイスは、ローカル クロックをアップストリーム デバイスに同期させ、ダウンストリーム デバイスに同期を提供します。
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クロック選択:G.8275.1 プロファイルでは、同期用のクロックを選択する代替 BMCA も定義され、ネットワーク内のすべてのデバイスのローカル ポートのポート状態がプロファイル用に定義されています。BMCA の一部として定義されているパラメータは次のとおりです。
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クロック クラス
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クロック精度
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オフセット調整されたログのバリアンス
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優先順位 2
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クロック ID
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削除されるステップ
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ポート ID
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notSlave フラグ
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ローカル優先度
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ポート状態の決定:ポート状態は、代替の BMCA アルゴリズムに基づいて選択されます。
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パケット レート:アナウンス パケットの公称パケット レートは、Sync/Follow-Up および Delay-Request/Delay-Response パケットの場合、それぞれ毎秒 8 パケットおよび毎秒 16 パケットです。
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転送メカニズム:G.8275.1 プロファイルは、イーサネット PTP 転送メカニズムのみをサポートします。
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モード:G.8275.1 プロファイルは、マルチキャスト モードでのみデータ パケットの転送をサポートします。転送は、転送可能または転送不可能なマルチキャスト MAC アドレスに基づいて行われます。
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クロック タイプ:G.8275.1 プロファイルは、次のクロック タイプをサポートしています。
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Telecom Grandmaster(T-GM):他のネットワーク デバイスにタイミングを提供し、ローカル クロックを他のネットワーク デバイスと同期させません。
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Telecom Time Slave Clock(T-TSC):スレーブ クロックは、ローカル クロックを別の PTP クロックに同期させますが、他のネットワーク デバイスには PTP 同期を提供しません。
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Telecom Boundary Clock(T-BC)は、ローカル クロックを T-GM またはアップストリーム T-BC クロックに同期させ、タイミング情報をダウンストリーム T-BC または T-TSC クロックに提供します。
(注)
Telecom Boundary Clock(T-BC)は、Cisco NX-OS Release 9.3(5)でサポートされている唯一のクロック タイプです。
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ドメイン番号:G.8275.1 プロファイル ネットワークで使用できるドメイン番号は 24 ~ 43 です。デフォルトのドメイン番号は 24 です。
Telecom プロファイル G8275-2
シスコの Telecom Profile G.8275.2 機能は、ITU-T G.8275.2 をサポートします。これは、ネットワーク標準からの完全なタイミング サポートによる、フェーズ/時間同期用の高精度時間プロトコル Telecom プロファイルです。G.8275.2 は、フェーズまたは時刻の同期が必要な電気通信ネットワークで使用するための PTP プロファイルです。ネットワーク内の各デバイスが PTP プロトコルに参加する必要はないという点で、G.8275.1 とは異なります。また、G.8275.2 は、ユニキャスト モードで IPv4 および IPv6 経由の PTP を使用します。
G.8275.2 プロファイルは、ネットワークからの部分的なタイミング サポートに基づいています。したがって、G.8275.2 を使用するノードは直接接続する必要はありません。G.8275.2 プロファイルは、時間とフェーズの正確な同期を必要とするモバイル セルラー システムで使用されます。たとえば、第 4 世代(4G)の移動体通信技術で使用されます。
LTE-TDD、LTE-A CoMP、LTE MBSFN、ロケーション ベースのサービスなどの今後のテクノロジーでは、eNodeB(基地局デバイス)はフェーズと時間で正確に同期する必要があります。各ノードに GNSS システムを配置すると、コストがかかるだけでなく、脆弱性も生じます。G.8275.2 プロファイルは、これらの新しいテクノロジーの同期要件を満たしています。
PTPポート
ポートは、そのロールをダイナミックに変更するように構成できます。ポートにロールが割り当てられていない場合は、BMCA に基づいてプライマリ、パッシブ、または下位のロールをダイナミックに担当できます。
G.8275.2 では、PTP ポートは特定の物理インターフェイスに関連付けられておらず、ループバック(仮想)インターフェイスに関連付けられています。PTP ポートからのトラフィックは、ルーティングの決定に基づいて任意の物理インターフェイスを介してルーティングされます。ダイナミック ポートの場合、構成できるクロック ソースは 1 つだけです。
代替 BPCA
G.8275.2 の BPCA(ベスト プライマリ クロック アルゴリズム。ベスト マスター クロック アルゴリズム(BMCA [RFC 7273])とも呼ばれる)の導入は、デフォルトの PTP プロファイルの導入とは異なります。G.8275.2 の導入は、代替ベスト プライマリ クロック アルゴリズム(ABPCA)を指定します。ABPCA は、各デバイスが同期するクロックを選択し、ローカル ポートのポート状態を決定するために使用されます。
BPCA の G.8275.2 実装には、次の考慮事項が適用されます。
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PrimaryOnly:ポートごとの属性。PrimaryOnly はポートの状態を定義します。この属性が true の場合、ポートは従属状態になりません。
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プライオリティ 1:プライオリティ 1 は、このプロファイルでは常に静的であり、128 に設定されます。プライオリティ 1 は BPCA では使用されません。
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プライオリティ 2:プライオリティ 2 は構成可能な値で、その範囲は 0 ~ 255 です。
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ローカル プライオリティ:ローカル プライオリティは、指定されたクロックにプライオリティを設定するために、クロック ポートでローカルに構成されます。デフォルト値は 18、有効値の範囲は 1 ~ 255 です。
G.8275.2 プロファイルの使用に関する制約事項
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G.8275.2 プロファイルでは、PTP は none モード(デフォルト)でのみサポートされます。
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G.8275.2 PTP クロックには、(複数の PTP ポートを介して)冗長クロック ソースを構成できます。ただし、G.8275.2 PTP クロックは、BMCA によって選択された 1 つのクロック ソースにのみ同期します。
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G.8275.2 には、クロックのパフォーマンス分析およびネットワーク制限に関する推奨事項はありません。
PTP のハイ アベイラビリティ
PTP のステートフル リスタートはサポートされません。リブート後またはスーパーバイザ スイッチオーバー後に、実行コンフィギュレーションが適用されます。ハイ アベイラビリティの詳細については、『Cisco Nexus 9000 シリーズ NX-OS ハイ アベイラビリティおよび冗長性ガイド』を参照してください。