PTP 使用一種算法和方法在基于數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)上同步各種設(shè)備上的時鐘,以提供亞微秒精度。 NVIDIA Spectrum 支持一步和兩步模式的 PTP ,可以用作邊界或透明時鐘。
以下是交換機(jī)作為透明時鐘時,如何在一步模式下計算和同步時間。在這篇文章的后面,我回顧了 PTP 的整體準(zhǔn)確性。
一步模式下計算和同步時間
在一步模式下,當(dāng)用作透明時鐘時,交換機(jī)必須實時計算 PTP 數(shù)據(jù)包的駐留時間。它通過比較數(shù)據(jù)包到達(dá)的時間( t1 )和數(shù)據(jù)包離開的時間( t2 )來實現(xiàn)這一點。然后,交換機(jī)相應(yīng)地更改數(shù)據(jù)包的校正字段。
要執(zhí)行此計算,交換機(jī)使用多個硬件功能:
ASIC 上的同步時鐘
數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換機(jī)時的準(zhǔn)確時間戳
數(shù)據(jù)包離開交換機(jī)的時間計算
ASIC 上的同步時鐘
由于入口處的 t1 和出口處的 t2 位于兩個不同的交換機(jī)端口上, ASIC 不同部分之間的時間同步必須具有高分辨率,以保持準(zhǔn)確的比較。
在有時工作于不同頻率的不同硬件單元之間同步時間戳是一項挑戰(zhàn)。頻譜系列 ASIC 可以保持小于 4 納秒的同步誤差。
數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換機(jī)時的準(zhǔn)確時間戳
為了實現(xiàn)準(zhǔn)確的一步 PTP ,交換機(jī)必須記錄其接收數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確時間。
當(dāng)交換機(jī)從線路接收比特時,它必須將它們組合起來,然后將數(shù)據(jù)包解析并識別為 PTP 。這個過程需要時間,必須加以考慮,以便數(shù)據(jù)包上的時間戳和位進(jìn)入交換機(jī)的實際時間之間沒有差異。
為了解決這個問題,交換機(jī)包括一個指定的硬件計數(shù)器,用于計算線路和數(shù)據(jù)包程序集之間的位數(shù)。該計數(shù)器可以根據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換為延遲,然后從 t1 時間戳中減去,以確定數(shù)據(jù)包的準(zhǔn)確到達(dá)時間。
數(shù)據(jù)包離開交換機(jī)的時間計算
計算數(shù)據(jù)包提前離開交換機(jī)的時間也是一個挑戰(zhàn)。這是因為延遲通常會受到隊列和交換機(jī)計算時間戳?xí)r無法訪問的其他參數(shù)的影響。
為了解決這個挑戰(zhàn),交換機(jī)為數(shù)據(jù)包安排一個未來的出口時間,然后根據(jù)這個時間給數(shù)據(jù)包加時間戳。然后, PTP 數(shù)據(jù)包必須等待確切的出口時間。
圖 1.交換機(jī)中的 PTP 包修改
PTP 量表
其他供應(yīng)商使用該軟件來匹配 PTP 數(shù)據(jù)包及其時間戳。 NVIDIA Spectrum-2 和更高版本的 ASIC 采用了不同的方法。它們完全通過硬件處理 PTP 流;軟件不需要任何東西。這種實現(xiàn)有很多優(yōu)點。
頻譜方法可以更好地擴(kuò)展 PTP 流,并且交換機(jī)有限的計算資源沒有負(fù)擔(dān)。當(dāng)用作邊界時鐘時,規(guī)模僅受 CPU 主機(jī)功能的限制。對于一個不涉及軟件的透明時鐘,在技術(shù)上沒有規(guī)模限制。
軟件處理是串行的,比硬件慢。因此,如果需要軟件干預(yù), PTP 數(shù)據(jù)包在交換機(jī)上的駐留時間會更長。該過程增加了網(wǎng)絡(luò)中主要實體和跟隨實體之間的延遲,并可能間接破壞同步過程,該過程假定網(wǎng)絡(luò)中點到點的遍歷時間恒定。
PTP 精度
NVIDIA Spectrum 交換機(jī)的總 PTP 精度約為 10 納秒。對于所有速度和 FEC 配置,均保持此精度。
下圖顯示了 Spectrum-3 交換機(jī)上的 PTP 精度。
圖 2.用于測量 PTP 精度的設(shè)置
圖 3.與主設(shè)備的偏移量(納秒)
這些結(jié)果來自于一個小時的測試,測試速度為 50 Gbps ,其中 IXIA 作為連接到 NVIDIA Spectrum-3 交換機(jī)的先導(dǎo)時鐘。交換機(jī)用作邊界時鐘。另一個 IXIA 端口充當(dāng)跟隨器,測量每個數(shù)據(jù)包與主端口相比的時間偏移。
關(guān)于作者
Yam Gellis 是 NVIDIA 網(wǎng)絡(luò)小組的芯片架構(gòu)師,負(fù)責(zé)以太網(wǎng)和 InfiniBand 交換機(jī)。任志剛目前在特拉維夫大學(xué)攻讀電氣和電子工程學(xué)士學(xué)位,已進(jìn)入最后一年。
審核編輯:郭婷
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