PTP は、クロックタイプの階層を使用して、送信元と、ネットワーク全体に分散された多数の PTP クライアントの間で、正確なタイミングと同期が維持されるようにします。PTP プロトコルを使用して相互に同期するものの、別のドメインの PTP クロックと必ずしも同期されていない PTP クロックの論理グループは、PTP ドメインと呼ばれます。

PTP クロックには、通常クロック、境界クロック、およびトランスペアレントクロックの 3 つのタイプがあります。

• Ordinary clock ：このクロックタイプは、ドメイン内に 1 つの PTP ポートを持ち、ドメインで使用されるタイムスケールを維持します。これは時刻のソースとして機能する（つまりプライマリになる）場合もあれば、下位のクロックになって別のクロックに同期する場合もあります。アプリケーションまたはエンドデバイスに時間情報を提供します。
• Boundary clock ：このクロックタイプは、ドメイン内に複数の PTP ポートを持ち、ドメインで使用されるタイムスケールを維持します。これは時刻のソースとして機能する、つまりプライマリになる場合もあれば、下位のクロックになって別のクロックに同期する場合もあります。境界クロック（つまりセカンダリ）には 1 つのスレーブポートがあり、そのポートからプライマリポートにタイミングを転送します。
• Transparent clock ：このクロックタイプは、PTP イベントメッセージがデバイスを通過するのにかかる時間を測定し、PTP イベントメッセージを受信するクロックにその情報を提供するデバイスです。

{start cross reference}表 13-1{end cross reference} に、Cisco ASR 1000 プラットフォームの 1588v2 PTP サポートマトリックスを示します。

PTP 対応データネットワークの 3 つの主要コンポーネントは、プライマリ基準、PTP クライアント、および境界クロックとして機能する PTP 対応ルータです。

• Primary Reference ：IEEE1588v2 PTP ネットワークには、正確な時刻源を提供するためのプライマリ基準が必要です。プライマリ基準の正確な時刻源を取得する最も経済的な方法は、全地球測位システム（GPS）を使用することです。このシステムでは +/- 100 ナノ秒（ns）の精度が提供されるためです。まず、PTP プライマリ基準の組み込み GPS 受信機が GPS タイミング情報を PTP 時間情報（通常は協定世界時（UTC））に変換し、次いで UTC 時間をすべての PTP クライアントに配信します。
• PTP client ：サーバー、ネットワーク モニタリング デバイス、パフォーマンス分析デバイス、または PTP によって提供される正確なタイミング情報を使用するその他のデバイスに、PTP クライアントをインストールする必要があります。ほとんどの場合、これは通常クロックです。PTP クライアントには、純粋なソフトウェア PTP クライアントとハードウェアアシスタント PTP クライアントの 2 種類があります。
• PTP boundary clock ：PTP プライマリと PTP セカンダリの間にあるルータは、PTP 境界クロックルータの役割を果たすことができます。2 つのインターフェイスがあり、1 つは PTP プライマリ側、もう 1 つは PTP セカンダリ側になります。境界クロックルータは、PTP プライマリルータ側のインターフェイスではセカンダリとして機能し、PTP セカンダリルータ側のインターフェイスではプライマリとして動作します。PTP 境界クロックルータは、PTP プライマリルータと PTP セカンダリルータ間の距離が遠い場合にタイミング遅延を最小限に抑えるために導入されます。

（注）	PTP プライマリとセカンダリの間の中間ノードは、PTP 対応またはトランスペアレント クロック ノードである必要があります。

次の図に、PTP 対応デバイスの機能を示します。

クロック同期は、図に示すように、プライマリクロックとセカンダリクロック間で交換される一連のメッセージによって実現されます。

プライマリとセカンダリのクロック階層が確立されると、クロック同期プロセスが開始されます。メッセージ交換は次の順序で行われます。

1. プライマリクロックが同期メッセージを送信します。同期メッセージがプライマリから送信される時刻には、t{start subscript}1{end subscript} というタイムスタンプが付けられます。
2. セカンダリクロックは同期メッセージを受信し、t{start subscript}2{end subscript} というタイムスタンプが付けられます。
3. セカンダリは Delay_Req メッセージを送信します。このメッセージには、セカンダリから送信されるときに t{start subscript}3{end subscript} というタイムスタンプが付けられ、プライマリが受信すると t{start subscript}4{end subscript} というタイムスタンプが付けられます。
4. プライマリは、タイムスタンプ t{start subscript}4{end subscript} を含む Delay_Resp メッセージで応答します。

クロックオフセットは、プライマリクロックとセカンダリクロックの間の差であり、次のように計算されます。

Offset = t{start subscript}2{end subscript} - t{start subscript}1{end subscript} - meanPathDelay

IEEE1588 では、プライマリクロックとセカンダリクロックの間のパス遅延が対称と見なされるため、平均パス遅延は次のように計算されます。

meanPathDelay = ((t{start subscript}2{end subscript} - t{start subscript}1{end subscript}) + (t{start subscript}4{end subscript} - t{start subscript}3{end subscript}))/2

すべての PTP 通信は、メッセージ交換によって実行されます。IEEE1588v2 で定義されている 2 つのメッセージセットは、一般メッセージとイベントメッセージです。

• General messages ：これらのメッセージは正確なタイムスタンプを必要とせず、Announce、Follow_Up、Delay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up、Management、および Signaling に分類されます。
• Event messages ：これらのメッセージは正確なタイムスタンプを必要としており、Sync、Delay_Req、Pdelay_Req、および Pdelay_Resp に分類されます。

Cisco ASR 1002-X ルータでサポートされる PTP クロッキングモードは次のとおりです。

• Unicast Mode ：ユニキャストモードでは、プライマリはセカンダリのユニキャスト IP アドレスのセカンダリに Sync または Delay_Resp メッセージを送信し、セカンダリはプライマリのユニキャスト IP アドレスのプライマリに Delay_Req メッセージを送信します。

• Unicast Negotiation Mode ：ユニキャスト ネゴシエーション モードでは、セカンダリがネゴシエーションメッセージをプライマリに送信するまで、プライマリはセカンダリを認識しません。ユニキャスト ネゴシエーション モードは、1 つのプライマリに複数のセカンダリを設定できるため、拡張性に優れています。

精度は、イーサネットポートでの PTP 導入の重要な要素です。パケットネットワークの場合、パケット遅延変動（PDV）は、PTP クロックの精度に影響を与える主な要因の 1 つです。Cisco ASR 1002-X ルータは、PTP パケットのハードウェアスタンプや特別な高プライオリティキューなどの高度なハードウェアおよびソフトウェア機能を使用して、ネットワークの PDV を処理できます。拡張可能な導入シナリオでは、約 300 ナノ秒の精度を実現できます。

結果をクロスチェックして検証する目的で同じトポロジで使用される 2 つのメソッドは次のとおりです。

• セカンダリ PTP を検証するための One-pulse-per-second（1PPS）。
• PDV を検証するための最大時間間隔エラー（MTIE）と時間偏差（TDEV）。

検証トポロジには、GPS 受信機を使用したプライマリ基準、Cisco ASR 1002-X ルータ、1PPS 出力を使用した PTP ハードウェアセカンダリ基準クロック、および測定用のテスト機器が含まれます。

次の図は、図に示されたトポロジに従ってテスト機器を使用して測定した PPS の精度と時刻を示しています。検出された平均 PPS 精度値は 250 ナノ秒です。

「{start cross reference}図 13-5{end cross reference}」は、GPS 受信機を使用したプライマリ基準、Cisco ASR 1002-X ルータ、PTP ハードウェアセカンダリ基準クロック、および MTIE および TDEV 測定用のテスト機器を含むトポロジを示しています。

「{start cross reference}図 13-6{end cross reference}」は、PDV を検証するための MTIE 測定および TDEV 測定を含むグラフを示しています。

IEEE 1588v2 PTP は、Cisco ASR 1002-X ルータで次の機能をサポートします。

• 2 ステップの通常クロックと境界クロック。
• 300 ナノ秒未満の精度を実現するハードウェアアシスタント PTP の導入。
• すべての物理オンボード ギガビット イーサネット インターフェイスでの PTP 運用。
• 2 ステップクロックモードでの組み込みギガビット イーサネット リンクのサポート。

プライマリ PTP を設定する前に、GPS デバイスからの安定した入力クロックソースを設定することを推奨します。GPS デバイスは PTP プライマリ基準として機能します。また、Cisco ASR 1002-X ルータの BITS または 10 MHz ポートをネットワーククロックの入力または出力に使用できます。Cisco ASR 1002-X ルータでネットワーククロッキングを設定するには、次のタスクを実行します。

Cisco ASR 1002-X ルータを通常クロックモードでプライマリまたはセカンダリとして設定できます。

通常クロックをプライマリまたはセカンダリとして設定するには、次のタスクを実行します。

Cisco ASR 1002-X ルータは、ルータの時刻および 1PPS 入出力インターフェイスを使用して、GPS 受信機などの外部デバイスと時刻および 1PPS 入力を交換できます。

Cisco ASR 1002-X ルータで時刻（ToD）メッセージを設定するには、次のタスクを実行します。

次に、Cisco ASR 1002-X ルータで IEEE 1588v2 PTP を設定する例を示します。

Unicast Negotiation Mode

Master Clock 
ptp clock ordinary domain 1
tod R0 ntp 
input 1pps R0 
clock-port  MASTER master 
transport ipv4 unicast interface loopback 0 negotiation
Slave clock 
ptp clock ordinary domain 1
tod R0 ntp 
output 1pps R0 
clock-port SLAVE slave
transport ipv4 unicast interface loopback 0 negotiation
clock source 10.1.1.1
Boundary clock
 
ptp clock boundary domain 1
clock-port SLAVE slave
transport ipv4 unicast interface loopback 0 negotiation
clock source 10.1.1.1
clock-port  MASTER master 
transport ipv4 unicast interface loopback 1 negotiation

Unicast Mode

Master Clock
ptp clock ordinary domain 1
tod R0 ntp 
input 1pps R0 
clock-port  MASTER master 
transport ipv4 unicast interface loopback 0 
clock destination 20.1.1.1
Slave clock
 
ptp clock ordinary domain 1
tod R0 ntp 
output 1pps R0 
clock-port SLAVE slave
transport ipv4 unicast interface loopback 0 
clock source 10.1.1.1

IEEE 1588v2 PTP 設定を検証するには、次のコマンドを使用します。

• 出力を表示するには、show ptp clock running domain 0 コマンドを使用します。

Router# show ptp clock running domain 0
On the MASTER:
                      PTP Ordinary Clock [Domain 0] 
         State          Ports          Pkts sent      Pkts rcvd      Redundancy Mode
         FREQ_LOCKED    1              31522149       10401171       Hot standby
                               PORT SUMMARY
                                                                        PTP Master
Name   Tx Mode      Role         Transport    State        Sessions     Port Addr
MASTER unicast      master       Lo1          Master       1            -
                             SESSION INFORMATION
MASTER [Lo1] [Sessions 1]
Peer addr          Pkts in    Pkts out   In Errs    Out Errs  
11.11.11.11        10401171   31522149   0          0      
On the SLAVE:
                      PTP Ordinary Clock [Domain 0] 
         State          Ports          Pkts sent      Pkts rcvd      Redundancy Mode
         PHASE_ALIGNED  1              4532802        13357682       Track one
                               PORT SUMMARY
                                                                       PTP Master
Name  Tx Mode      Role         Transport    State        Sessions     Port Addr
SLAVE unicast      slave        Lo20         Slave        1            10.10.10.10
                             SESSION INFORMATION
SLAVE [Lo20] [Sessions 1]
Peer addr          Pkts in    Pkts out   In Errs    Out Errs  
10.10.10.10        13357682   4532802    0          0         

• 時刻情報を確認するには、show platform software ptp tod コマンドを使用します。

PTPd ToD information:
Time: 06/24/14 02:06:29

• 時刻の状態を確認するには、show platform ptp tod all コマンドを使用します。

Router# show platform ptp tod all
On the MASTER
--------------------------------
ToD/1PPS Info for : R0
--------------------------------
RJ45 JACK TYPE        : RS422
ToD CONFIGURED        : YES
ToD FORMAT            : NTPv4
ToD DELAY             : 0
1PPS MODE             : INPUT
1PPS STATE            : UP
ToD STATE             : UP
--------------------------------
On the SLAVE:
--------------------------------
ToD/1PPS Info for : R0
--------------------------------
RJ45 JACK TYPE        : RS422
ToD CONFIGURED        : YES
ToD FORMAT            : NTPv4
ToD DELAY             : 0
1PPS MODE             : OUTPUT
OFFSET                : 0
PULSE WIDTH           : 0
--------------------------------