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