Castle on a Cloud

在 上一篇文章 中, 我們介紹了 802.1AS 如何選擇同步源, 並顯示在一個大型網路中, 如何標定每一個實體埠的角色. 在這篇文章中, 我們將由透過訊號源角色定義的網路拓譜出發,  研讀在此網路拓譜下, 802.1AS 如何提供更精密的同步, 我們先從下圖出發: 來自:  https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2008/as-nfinn-fast-master-select-0408-v2.pdf 在圖中, 我們定義了不同埠的角色, 根據這些角色, 我們就可以得知同步訊號的流向, (簡單來說, Master是同步訊號流出, Slave是同步訊號流入) 在定義完每一個埠的不同角色後, 我們可以根據封包的流入/流出定義相對時間, 如下圖所示: 來自:  https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2008/as-nfinn-fast-master-select-0408-v2.pdf 在上圖中, 我們可以看到對於時間同步產生延遲的三個因素, 第一, 封包的處理時間, 此時間為節點上處理所需要的時間, 和節點硬體相關, 第二, 封包的排隊延遲, 此時間和每個埠上的流量相關, 越多封包會有越高延遲, 第一個延遲在相同路徑的前提下, 可以透過 NTP 估測並抵銷, 第二個延遲則無法在 NTP 下進行處理. 在 802.1AS 中為了提供更精確地同步機制, 使用硬體計算延遲時間, 其方法為對每一個封包打印進入時間 (T_in) 以及送出時間 (T_egr), 透過其兩個時間差, 以及傳送到該節點的連結延遲 (T_link), 此延遲時間可以利用類似 NTP 的方式估測, 根據上述的量測量以及同步源的時間 (now), 更新送出去的時間 (now'), 此時間就會變成下一節點用以同步的時間. 在 802.1AS 中, 透過每一個節點更新更精確地同步時間 (now'), 對於每一個節點, 都可以參考上一個節點的時間 (now), 因此, 此同步問題就減化成兩節點間的同步問題, 當然, 此描述稍微簡化了 802.1AS 的機制,  事實上, 802.1AS 還會根據震盪器時脈誤差,  提供更精確的時間 (now') 估測.

在 上一篇文章 中, 我們介紹了 NTP 同步機制, 考慮到 NTP 機制的簡單且能以效率的完成同步, 此機制被實作於電腦網路中, 透過指派同步的時間伺服器,  Windows 和 Linux 就可以利用 NTP 相同機制處理同步系統時間, 此同步的系統時間, 除了顯示於使用者, 也用以防範網路攻擊. 然而, NTP 機制有兩個主要的缺點, 第一, 當有許多同步訊號源 (時間同步伺服器) 時, 要向哪一個對時? 第二, NTP 協定假設封包來回的時間對稱, 這個假設在區域網路中成立 (來回路徑一致, 延遲也會相同),  但在大型網路中, 封包來回的路徑可能不一, 也會造成不同程度的延遲. 在 802.1AS 中就針對這兩個限制進行一些調整, 這邊先提及一下, 802.1AS 的前身是 IEEE 1588, 也稱為 PTP (Precision Time Protocol), 所以當看到 IEEE 1588 和 PTP 時, 事實上, 就想像其類似於 802.1AS 的機制, 802.1AS 針對多個時間源的問題, 稱為: Grand Master selection, 在此機制下, 時間同步伺服器透過發出 Announce 訊號通知, 並有兩個行為: 第一, 在沒有聽到更好的 Announce 訊號時, 發出 Announce 訊號, 第二, 在收到更好訊號源發出的 Announce 訊號時, 作為被同步的裝置, 透過 Announce 訊號的傳播, 便可以選出網路中最好的同步訊號源, 並保有一定的強韌性, 如下圖所示: 圖片生成自:  https://www.ieee802.org/1/files/public/docs2008/as-kbstanton-8021AS-overview-for-dot11aa-1108.pdf 值得注意的是, 在 802.1AS 中, 所謂好的同步訊號源,  可以根據管理者的優先權設定, 以及時間訊號的來源 (例如: GPS) 進行比較, 會將自我認知的好壞, 轉換成一向量 (越小越好), 放在 Announce 訊息中, Announce 訊息中也會包含訊號源的 MAC 位址, 作為識別, 透過此選擇的機制, 網路中的個節點將產生一個樹狀結構 (如下圖),  此樹狀結構將...