遅延要求/応答メカニズム用に設定された通常クロックと境界クロックは、次のイベント 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。

• Sync

• Delay_Req

• Follow_Up

• Delay_Resp

これらのメッセージは、次のシーケンスで送信されます。

1. 時刻源が、時刻受信者に 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。

2. 時刻受信者が、Sync メッセージを受信し、受信した時刻（t2）を記録します。

3. 時刻源が、Follow_Up メッセージにタイムスタンプ t1 を組み込むことによって、タイムスタンプ t1 を時刻受信者に伝えます。

4. 時刻受信者が、時刻源に Delay_Req メッセージを送信し、それが送信された時刻（t3）を記録します。

5. 時刻源が、Delay_Req メッセージを受信し、受信した時刻（t4）を記録します。

6. 時刻源は、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り、タイムスタンプ t4 を時刻受信者に伝達します。

このシーケンスの後、時刻受信者は 4 つのタイムスタンプをすべて保有します。これらのタイムスタンプを使用して、時刻源に対する時刻受信者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。

オフセット計算は、メッセージが時刻源から時刻受信者に伝達される時間が時刻受信者から時刻源に伝達されるために必要な時間と同じであるという前提に基づいています。この前提は、非対称的なパケット遅延時間のためにイーサネット ネットワーク上では必ずしも妥当ではありません。

ネットワークの階層内に複数のレベルの境界クロックが含まれており、それらの間に非 PTP 対応デバイスがある場合は、同期の精度が低下します。

ラウンドトリップ時間は mean_path_delay/2 と等しいことが前提となっていますが、この前提はイーサネット ネットワークでは必ずしも妥当ではありません。精度を向上させるために、各中間クロックの滞留時間がエンドツーエンド透過クロックのオフセットに追加されます。ただし、滞留時間にはピア間のリンク遅延が考慮されていません。ピア間のリンク遅延はピアツーピア透過クロックによって処理されます。

ピアツーピア透過クロックは、ピア遅延メカニズムを実装する 2 つのクロック ポート間のリンク遅延を測定します。リンク遅延は、Sync メッセージと Follow_Up メッセージのタイミング情報を補正するために使用されます。

ピアツーピア透過クロックは、次のイベント メッセージを使用します。

• Pdelay_Req

• Pdelay_Resp

• Pdelay_Resp_Follow_Up

これらのメッセージは、次のシーケンスで送信されます。

1. ポート 1 が、Pdelay_Req メッセージのタイムスタンプ t1 を生成します。

2. ポート 2 が、このメッセージを受信してタイムスタンプ t2 を生成します。

3. ポート 2 が、Pdelay_Resp メッセージを返してタイムスタンプ t3 を生成します。

   2 つのポート間の周波数オフセットによるエラーを最小限に抑えるために、ポート 2 は、Pdelay_Reqメッセージを受信した後に、できるかぎり迅速に Pdelay_Resp メッセージを返します。

4. ポート 2 が、Pdelay_Resp メッセージと Pdelay_Resp_Follow_Up メッセージでそれぞれタイムスタンプ t2 とタイムスタンプ t3 を返します。

5. ポート 1 が、Pdelay_Resp メッセージを受信した後に、タイムスタンプ t4 を生成します。その後、ポート 1 が、4 つのタイムスタンプ（t1、t2、t3、t4）を使用して平均リンク遅延を計算します。

理想的な PTP ネットワークでは、時刻源クロックと時刻受信者クロックは同じ周波数で動作します。ただし、このネットワークでは「ばらつき」が発生する可能性があります。ドリフトは、時刻源クロックと時刻受信者クロックの周波数差です。デバイスハードウェアのタイムスタンプ情報とフォローアップメッセージ（スイッチで代行受信）を使用してローカルクロックの周波数を調整し、時刻源クロックの周波数と一致させることによって、ばらつきを補うことができます。

グランドマスタークロックは、サーバーの時刻源に物理的に接続されているネットワークデバイスです。すべてのクロックはグランドマスター クロックと同期します。

PTP ドメイン内では、グランドマスター クロックが、PTP によるクロック同期の主時刻源です。グランドマスター クロックは、通常、GPS や原子時計などの非常に正確な時刻源を持っています。ネットワークが外部時刻リファレンスを必要とせず、内部で同期する必要のみがある場合、グランドマスター クロックはフリー ランできます。

通常クロックは、単一の PTP ポートを持つ 1588 クロックで、次のいずれかのモードで動作できます。

• サーバーモード：ネットワーク経由で 1 つまたは複数のクライアントクロックにタイミング情報を配信します。その結果、クライアントはクロックをサーバーに同期させることができます。

• クライアントモード：クロックをサーバークロックに同期させます。2 つの異なるサーバークロックに接続するために、最大 2 つのインターフェイスでクライアントモードを同時に有効にできます。

通常クロックは、同期が必要なデバイスに接続されているネットワーク上のエンド ノードとして使用されるため、PTP ネットワーク上で最も一般的なクロック タイプです。

PTP ネットワークにおける境界クロックは、標準のネットワークにおけるスイッチやルータに代わる動作をします。境界クロックには複数の PTP ポートがあり、各ポートは個別の PTP 通信パスへのアクセスを提供します。境界クロックは、PTP ドメイン間のインターフェイスを提供します。このクロックは、すべての PTP メッセージを代行受信して処理し、他のすべてのネットワーク トラフィックを通過させます。また、境界クロックは、BMCA を使用して、任意のポートから見えるクロックから最善のものを選択します。選択したポートは非マスターモードに設定されます。マスターポートは下流に接続されたクロックを同期させ、非マスターポートは上流のマスタークロックと同期します。

PTP ネットワークの透過クロックの役割は、PTP イベント メッセージの一部である時間間隔フィールドを更新することです。この更新により、スイッチの遅延が補われ、1 ピコ秒未満の精度が実現されます。

次の 2 種類の透過クロックがあります。

エンドツーエンド（E2E）透過クロックは、SYNC メッセージと DELAY_REQUEST メッセージに関して PTP イベントメッセージ中継時間（「滞留時間」とも呼ばれる）を測定します。この測定された中継時間は、対応するメッセージのデータフィールド（補正フィールド）に追加されます。

• SYNC メッセージの測定された中継時間は、対応する SYNC メッセージまたは FOLLOW_UP メッセージの補正フィールドに追加されます。

• DELAY_REQUEST メッセージの測定された中継時間は、対応する DELAY_RESPONSE メッセージの補正フィールドに追加されます。

時刻受信側は、時刻受信側の時刻と時刻送信側の時刻間のオフセットを決定するときにこの情報を使用します。E2E 透過クロックは、リンク自体の伝播遅延は補正しません。

ピアツーピア（P2P）透過クロックは、前述のように、E2E 透過クロックと同じ方法で PTP イベントメッセージ中継時間を測定します。さらに、P2P 透過クロックは上流リンク遅延を測定します。上流リンク遅延は、上流の隣接する P2P 透過クロックと考慮対象の P2P 透過クロックの間の推定パケット伝搬遅延です。

これらの 2 つの時間（メッセージ中継時間と上流リンク遅延時間）は両方とも PTP イベントメッセージの補正フィールドに追加され、時刻受信者によって受信されるメッセージの補正フィールドにはすべてのリンク遅延の合計が含まれます。理論的には、これは、SYNC パケットのエンドツーエンドの遅延の合計（時刻源から時刻受信者まで）です。

次の図に、PTP ネットワーク内の時刻源/時刻受信者階層に含まれる PTP クロックを示します。

ルータのデフォルトの PTP プロファイルモードは、Default プロファイルモードです。このモードでは、次のようになります。

• IR8340 は、Default プロファイルで通常クロック（OC）スレーブ、境界クロック（BC）、および透過クロック（TC）をサポートします。

• IR8340 は OC マスターをサポートしません。

• バンドルまたはポートチャネルでのすべての PTP プロファイルは、IR8340 ではサポートされていません。

IEEE Power プロファイルは、変電所で使用される PTP ネットワークの特定の値または許容値を定義します。定義される値には、最適な物理層、PTP メッセージ用のより高位のプロトコル、および優先されるベスト マスター クロック アルゴリズムが含まれます。Power プロファイルの値は、変電所内、変電所間、および広い地理的領域にわたる一貫した信頼性のあるネットワーク時刻配信を保証します。

ルータは、次の方法で PTP 用に最適化されます。

• ハードウェア：ルータは PTP 機能のために FPGA と PHY を使用します。PHY は、ファスト イーサネット ポートとギガビット イーサネット ポートにタイムスタンプを付与します。

• ソフトウェア：Power プロファイルモードでは、ルータは、IEEE 1588 Power プロファイル標準で定義されている設定値を使用します。

次の表に、IEEE 1588 Power プロファイルで定義されている設定値と、ルータが各 PTP プロファイルモードで使用する値を示します。

IEEE 802.1AS 標準規格『Timing and Synchronization for Time-Sensitive Applications in Bridged Local Area Networks』では、ブリッジ型および仮想ブリッジ型のローカルエリアネットワーク全体に時間的制約のあるアプリケーションの同期要件を確実に満たすために使用するプロトコルとプロシージャが規定されています。

802.1AS では、IEEE Std 802.1D -2004 と IEEE Std 802.1Q -2005.1 に照らして適用可能な場合に IEEE 1588（PTP）仕様を使用することが規定されています。802.1AS 標準規格は、3 つの 802.1 AVB ドラフト標準規格の 1 つです。イーサネットでの 802.1AS（802.3）は、IEEE 1588-2008 のプロファイルとして認定されています。これは、IEEE 1588 を簡素化し、さまざまなタイプのメディアでの同期を定義するものです。

（注）	802.1 AS は、IR8340 プラットフォームでのみドメイン 0 で設定できます。

802.1AS の主要な特徴は次のとおりです。

• イーサネット全二重リンクでは、ピア遅延メカニズムを使用します。

• ドメイン内のすべてのデバイスは、802.1AS 対応である必要があります。

• 802.1AS パケットの転送は VLAN タグが付されていない L2 マルチキャストのみです。

• これには 2 段階の処理が必要です（Follow_Up メッセージと Pdelay_Resp_Follow_Up メッセージを使用してタイムスタンプを伝えます）。

• 時間認識型ネットワークにはアクティブなグランドマスターが 1 つのみ存在します。つまり、802.1AS ドメインは 1 つのみです。

• BMCA（ベスト マスター クロック アルゴリズム）は、次の例外を除き、IEEE 1588 で使用されているものと同じです。

  • 受信側の時刻認識型システムが送信したものではないアナウンスメッセージが時刻受信側ポート上で受信されると、そのメッセージはただちに使用されます。つまり、外部時刻送信側の認定はありません。

  • BMCA が時刻送信側ポートであると判断したポートはただちに時刻送信側の状態になります。つまり、時刻送信側より前の状態はありません。

  • キャリブレーションされていない状態は必要ないため、使用されません。

  • すべての時刻認識型システムは、（システムがグランドマスターに対応していない場合でも）適切なマスターの選択に加える必要があります。

802.1AS は Time Sensitive Network（TSN）機能で使用されます。ただし、正確なタイミング配分メカニズムとして、802.1AS は TSN の設定や入力なしで単独で動作します。802.1AS 機能ソフトウェアの実装は、FPGA の既存のタイムスタンプ機能に基づいており、ハードウェアに対する他の PTP プロファイルにはない新しい要件はありません。

802.1AS のエンドツーエンドの時刻同期性能は次のとおりです。

• 6 つ以下の時刻認識型システム（つまり、7 ホップ以下）で分離された 2 つの時刻認識型システムは、定常状態で動作中はピークツーピーク 1 μs の以内で相互に同期されます。

• 7 ホップを超える性能は定義されていません。

クロック マネージャは、NTP を PTP に変換するシスコのソフトウェア アーキテクチャに含まれるコンポーネントで、さまざまなタイム サービスを継続的に追跡し、時刻をアクティブに提供するクロックを選択します。クロック マネージャは、状態の変化、うるう秒、サマータイムといった重要な変化をタイム サービスに通知します。

また、クロック マネージャは、最初に NTP または手動設定のクロックを選択し、NTP がアクティブでなければ、その後に PTP およびリアルタイム クロックを選択します。次の表に、クロック選択プロセスの結果を示します。

一般に、クロックマネージャは、Cisco IOS コマンドの show ptp lan clock と show clock によって表示される時刻が一致することを保証します。show clock コマンドは常に上記の優先順位に従いますが、show ptp lan clock の時刻は、次の 2 つの例外的な状況下で異なる可能性があります。

• ルータが TC または BC のいずれかであり、ネットワーク上に他のアクティブなリファレンスが存在しない。下位互換性を保持するために、TC と BC はクロック マネージャから時刻を取得せず、ネットワークの PTP GMC からのみ時刻を取得する。アクティブな PTP GMC が存在しない場合、show clock コマンドと show ptp lan clock コマンドの出力で表示される時刻が異なる可能性がある。

• ルータが、同調元の TC、スレーブポートを持つ BC、またはスレーブポートを持つ GMC-BC であり、PTP GMC によって提供される時刻が、NTP またはユーザー（つまり手動設定）によって提供される時刻と一致しない。この場合、PTP クロックは PTP GMC からの時刻を転送する必要がある。PTP クロックが PTP GMC に従わない場合、PTP ネットワークには 2 つの異なる時刻基準が存在することになり、PTP を使用するイベント アプリケーションの制御ループまたはシーケンスが破綻する。

次の表に、Cisco IOS および PTP クロックがさまざまな設定でどのように動作するかを示します。ほとんどの場合、2 つのクロックは一致します。ただし、場合によっては 2 つのクロックが異なります。それらの設定は、表で強調表示されています。

• Cisco PTP の実装では、2 ステップ クロックのみがサポートされ、1 ステップ クロックはサポートされません。

• Cisco PTP は、マルチキャスト PTP メッセージのみをサポートしています。

• ルータとグランドマスタークロックは、同じ PTP ドメイン内にある必要があります。

• Power プロファイルモードが有効になっている場合、ルータは、Organization_extension と Alternate_timescale の 2 つのタイプ、長さ、値（TLV）メッセージ拡張を含まない PTP アナウンスメッセージを破棄します。

  グランドマスタークロックが PTP に準拠しておらず、これらの TLV なしでアナウンスメッセージを送信する場合は、次のコマンドを入力して、アナウンスメッセージを処理するようにルータを設定します。

  ptp clock boundary domain 1 profile power
  allow-without-tlv
  

• ルータが Power プロファイルモードになっている場合は、peer_delay メカニズムのみがサポートされます。

  Power プロファイル境界モードを有効にし、clock-port サブオプションを使用してインターフェイスを関連付けるには、次のコマンドを入力します。

  ptp clock boundary domain 1 profile power
  clock-port 1
  transport ethernet multicast interface gi0/1/1
  

• Power プロファイル透過モードを無効にするには、次のコマンドを入力します。これにより、ルータは転送モードに戻ります。

  no ptp clock transparent domain x profile power
  

• E2E 透過クロックを有効にするには、次のコマンドを使用します。

  ptp clock transparent domain x profile default

• Default プロファイルモードでは、delay_request メカニズムのみがサポートされます。

  Default プロファイル境界クロックモードと、clock-port サブオプションに関連付けられたインターフェイスを有効にするには、次のコマンドを入力します。

  ptp clock boundary domain 1 profile default
  clock-port 1
  transport ipv4 multicast interface gi0/1/1
  

• 802.1AS プロファイルにはクロックモード設定がありません。

• PTP メッセージのパケット フォーマットには、802.1q タグ付きパケットまたはタグなしパケットを使用できます。

• ルータは 802.1q QinQ トンネリングをサポートしていません。

• Power プロファイルモードでは、次のようになります。

  • PTP インターフェイスがアクセス ポートとして設定されている場合、PTP メッセージはタグなしのレイヤ 2 パケットとして送信されます。

  • PTP インターフェイスがトランク ポートとして設定されている場合、PTP パケットはポート ネイティブ VLAN で 802.1q タグ付きレイヤ 2 パケットとして送信されます。

• 時刻受信者 IED はタグ付きパケットとタグなしパケットをサポートする必要があります。

• PTP パケットが E2E 透過クロック モードのネイティブ VLAN で送信される場合、それらはタグなしパケットとして送信されます。タグ付きパケットとして送信するようにスイッチを設定するには、グローバル コマンドの vlan dot1q tag native を入力します。

• トランク ポートで PTP VLAN を設定します。範囲は 1 ～ 4094 です。デフォルトは、トランク ポートのネイティブ VLAN です。

• 境界モードでは、PTP VLAN 内の PTP パケットのみが処理され、他の VLAN からの PTP パケットは破棄されます。

• インターフェイスで PTP VLAN を設定する前に、PTP VLAN を作成し、トランクポートで許可する必要があります。

• ほとんどのグランドマスター クロックは、デフォルトの VLAN 0 を使用します。Power プロファイルモードでは、ルータのデフォルト VLAN は VLAN 1 で、VLAN 0 は予約されています。デフォルトのグランドマスター クロック VLAN を変更する場合は、0 以外の VLAN に変更する必要があります。

• グランドマスター クロックで VLAN が無効になっている場合は、PTP インターフェイスをアクセス ポートとして設定する必要があります。

• すべての PHY PTP クロックはグランドマスター クロックと同期します。ルータシステムクロックは、PTP 設定およびプロセスの一部として同期しません。

• グランドマスタークロックで VLAN が有効になっている場合、グランドマスタークロックは、ルータ上の PTP ポートのネイティブ VLAN と同じ VLAN にある必要があります。

• グランドマスター クロックで VLAN が設定されている場合、グランドマスター クロックはタグなし PTP メッセージを破棄できます。ルータにタグ付きパケットをグランドマスタークロックに強制的に送信させるには、グローバルコマンドの vlan dot1q tag native を入力します。

• IR8340 は、ポートチャネルでの PTP をサポートしていません。

• 次の PTP クロック モードは、単一の VLAN 上でのみ動作します。

  • e2etransparent

  • p2ptransparent

• NTP から PTP への機能は、Default E2E プロファイルと Power プロファイルをサポートします。