Mecanisme de Sincronizare in Retelele de Calculatoare

8/18/2019 Mecanisme de Sincronizare in Retelele de Calculatoare

1/18

Page 1 of 18

Universitatea POLITEHNICA din Bucureşti

Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei

Mecanisme de sincronizare în

reţelele de calculatoare

Băicoianu Raluca-Lavinia

Master I IISC


2/18

Page 2 of 18

Cuprins

Introducere în problema sincronizarii reţelelor de calculatoare

1. Comparaţie PTP (Precision Time Protocol )/ NTP (network Time Protocol)

2. Măsurarea şi controlul dispozitivelor de sincronizare

3. Metodologii de sincronizare

3.1 Sincronizare de bază

3.1.1 Ştampile de timp şi configuratii în exclusivitate software

3.1.2 Configurare hardware

3.2 Boundary clocks

3.3 Transparent switches

3.4 Mecanismul "peer delay"

4. Profiluri PTP

5. Utilizarea PTP si a NTP

6.Concluzii

Bibliografie


3/18


4/18

Page 4 of 18

decat 2 secunde. [5] În cazul în care se dorește o mai mare acuratețe, Microsoft recomandă să

utilizați o alta aplicaţie NTP. [9]

De la prima specificare completă a NTP ( Network Time Protocol) versiunea 1 şi aalgoritmului care-l însoteşte apărut în RFC 1059 în anul 1988, NTP a jucat un rol important însincronizarea timpului pentru menţinerea ceasurilor reţelei de calculatoare sincronizate la unordin mai mic decat milisecunde unul cu celalalt. NTP a fost dezvoltat pentru un vast numar de

sisteme dealungul timpului. Cand utilizatorii dor esc să coordoneze evenimente în timp între maimulte sisteme, ei au mai multe opţiuni pentru a rezolva problema, fiecare cu compromisul ei. NTP trebuie să nu eşueze în cazul unei întreruperi de conectivitate, să aibă protecţie contrainterferenţelor cu serviciul de timp. NTP se aplica în reţele de servere cu acces la Internet, în careserverele primare sunt conectate la un receptor UTC, iar serverele secundare sunt sincronizate cu

primele. O subretea cu mai multe straturi este reconfigurabila în cazul unui esec.NTP utilizeazatrei moduri de sincronizare:

1.Multicast destinat LAN-urilor de viteză mare, care are o acurateţe redusă, dar care este

suficienă în cele mai multe cazuri.2. Apel de procedură- similar cu algoritmul Christian şi se aplică atunci cand hardware-ul

nu suportă multicast sau se doreşte obţinerea unei acurateţi mai bune.3. Simetric- pentru servere care oferă timpul în LAN-uri si la nivele înalte ale subreţelei

de sincronizare

Una din alternativele NTP este PTP (Precision Time Protocol). PTP este definit de

standardul IEEE în noiembrie 2002 şi s-a bazat pe prototipurile de mai înainte ale AgilentTechnologies. O revizuire a PTP a fost publicată în 2008 şi este cunoscută ca PTP versiunea 2sau IEEE 1588-2008. IEEE 1588 este proiectat pentru a umple o nișă nu sunt bine deservite decătre una dintre cele două protocoale dominante, NTP și GPS. IEEE 1588 este proiectat pentru

sistemele locale care necesită precizie în afară de cele realizabile cu ajutorul NTP. Acesta este,de asemenea, proiectat pentru aplicaț ii care nu pot suporta costul unui receptor GPS la fiecare

nod, sau pentru care semnalele GPS sunt inaccesibile. [10]

1. Comparaţie PTP/NTP

PTP şi NTP sunt similar prin faptul că ambele se bazează pe transmisiuni de pachete şitrimiterea de ştam pile printr-o reţea de la un dispozitiv de referinţă, către unul sau mai multe altedispozitive. În plus, ambele fac sincronizarea ceasurilor dispozitivelor offset-ului de timp şiintarzierii reţelei. Ambele suportă mai multe tipuri de dispozitive cu precizii şi rezoluţii diferite.

Fiecare protocol are propriile puncte forte şi alegerea unuia în detrimentul celuilalt seface prin evaluarea mediului sistemului, a capacităţilor acestuia.

PTP este ales cand performanţele de sincronizare ale sistemului trebuie să depăşească ordinul de precizie al NTP şi anume ordinul milisecundelor. Cand utilizăm un sistem hardwarePTP, care are capacitatea de a trimite stampile în pachete. Dispozitivele care utilizează PTP într-un LAN (Local Area Network) poate sincroniza ceasurile acestei reţele la un ordin de mărime


5/18

Page 5 of 18

mai mic decat zeci de nanosecunde. Fără ştampile hardware, referindu-ne la configurareexclusive software, implementările PTP pot obţine precizii mai mici decât milisecunde.

NTP rămâne o tehnologie popular ă de sincronizare, chiar dacă implementarile PTP aufost făcute disponibile designerilor de sisteme în mai multe platforme, ambele comerciale şiconstituind implemetări la fel de disponibile. [1]

2. Măsurarea şi controlul dispozitivelor de sincronizare

Măsurarea si controlul dispozitivelor a fost întotdeauna o avangarda a sincronizarii demare precizie. Pentru a obţine gradul de sincronizare necesar tipului de dispozitiv, semnaletrimise prin cabluri specializate pot fi utilizate pentru sincronizarea evenimentelor dintre

dispozitive. Aceste cabluri utilizate exclusive pentru sincronizarea evenimentelor sunt adesea

potrivite în lungime pentru a se asigura că intarzicerea propagării este una compatibilă.Sincronizarea utilizand aceste cabluri dedicate se obtine cu o pr ecizie foarte ridicată, iar

evenimentele pot fi coordonate intre ele cu un ordin mai mic decat picosecunde, peste dispozitiveaflate în vecinatate. Acest tip de sincronizare poartă numele de sincronizare bazate pe semnal.

În timp ce este imbatabil pentru a plicaţii care necesită cea mai precisă sincronizare posibilă, sincronizarea bazată pe semnal poate deveni imposibil de utilizat. Cablurile dedicate pentru sincronizarea separată a dispozitivelor pot fi costuri prohibitive şi sincronizarea bazată pesemnale necesită suport hardware şi software specializat pentru a genera şi receptiona semnale prin cablu.

Cablul însuşi poate fi adesea subiectul variaţiei întârzierilor de propagare în timp saude temperatură şi ca multe dispozitive sunt adăugate sistemului, complexitatea cablării multiple adispozitivelor creşte, ceea ce înseamnă o mentenanţă mai dificilă şi efort în plus în ceea ce

poriveşte depanarea problemelor. Sincronizarea bazată pe semnal necesită ca echipamentele să nu comunice unele cu altele şi sa nu poata fi măsurat pe distanţe lungi, când îl comparăm cu altemecanisme de sincronizare.

Între timp, cu Ethernet omniprezent în laboratoarele şi fabricile unde se desfăşoară controlul şi măsurătorile dispozitivelor, o necessitate apăruta pentru ca aceste dispozitive să poate să utilize o reţea LAN sau WAN pentru comunicaţii de date şi control.

NTP este adesea obligat să seteze timpul sistemului pentru aceste dispozitive, dar se păstrează necesitatea unui eveniment de stocare dedicate. În ciuda prezentei tuturoringredientelor de baza ale evenimentului pentru sincronizarea coordonată , cronometre distribuite( uneori se referă la sincronizarea bazată pe timp ), o tehnologie acceptabilă care poate să utilizeaceasta infrastructură pentru a putea înlocui sincronizarea bazată pe semnal. NTP utilizează algoritmul Marzullo și este proiectat pentru a rezista efectelor de latență variabilă. NTP poate

menține, de obicei, în termen de timp pentru a zeci de milisecunde pe internet publice și poate

atinge o acuratețe milisecundă în rețele locale, în condiții ideale.[1]Pentru ca implementarea bazată pe semnal impune constrângerile descrise anterior,

soluţiile bazate pe timp care utilizează Ethernet au fost investigate mai departe ca o soluţie de


6/18

Page 6 of 18

sincronizare. La prima vedere NTP pare a f i un bun candidat pentru o soluţie de sincronizare decost mic, bazată pe timp şi aceasta pentru numeroase aplicaţii. Sincronizarea bazată pe semnaltotuşi, furnizează un nivel de precizie foarte ridicat, NTP versiunea 3 furnizând un nivel de precizie doar de ordinul milisecundelor.Această precizie este insuficientă pentru aplicaţiile careutilizează soluţii bazate pe semnal.[11]

PTP a fost construit să indeplinească necesităţile industriale de masură şi control.Acesta este capabil să obţină o precizie de ordinul nanosecundelor, utilizând o infrastructurasimilară cu cea NTP. O privire mai apropiată asupra PTP arată de ce este o masură bună înmăsurarea şi controlul aplicaţiilor.

Introducere în PTP

Primele puncte forte ale designului PTP au fost enumerate în numeroase prezentări şidocumente, inclusive în standardul IEEE 1588.

Pentru a furniza o sincronizare de ordin mai mic decât microsecunde a ceasurilor în timpreal aflate în componentele unei reţele distribuite de măsurare şi control al sistemului.

Să obtină cea mai bună performanţă cu sisteme localizate tipice pentru automatizăriindustriale, teste şi măsurători ale mediului

Să fie adaptabil pentru comunicaţii multicast pe suport LAN (incluzând, dar nu selimitează la Ethernet)

Să furnizeze o instalare simplă

Să suporte sisteme heterogene de ceasuri în care variază precizia, rezoluţia şi stabilitatea

Să impună cereri minime de resurse de reţea şi component ale host-urilorPTP îndeplineşte aceste puncte utilizând o metodologie robustă de sincronizare, unalgoritm care în mod continuu şi automat menţine ierarhia potrivită a dispozitivelor pentru acurateţe maximă şi hardware specializat (necesar doar pentru performantăoptimă).

3.1 Metodologii de sincronizare

3.1.1.Sincronizarea de bază

La baza standardului PTP este metodologia de sincronizare. Similar cu alte protocoale de

sincronizare Ethernet, bazate pet timp în ceea ce priveşte conceptul, metodologia de sincronizarePTP este unică şi depinde oarecum de hardware – ul; folosit şi aplicaţie ( industrie de putere,telecomunicaţii).

PTP defineşte o ierarhie coordonator-subordonat (master-slave). Coordonatorul serveştedrept rererinţă de timp pentru mai multe dispozitive. Procesul selectării coordonatorului dintredispozitivele participante este definit de algoritmul BMC (Best Master Clock), care este aplicat

pentru fiecare dispozitiv la interval spcifice. Dispozitivele ( adesea referindu-se la ceasuri


7/18

Page 7 of 18

obişnuite) se pot considera ele însele coordonator pentru ca au fost determinate în concordanţă cuBMC ca având la acest moment cea mai bună abilitate de a păstra timpul faţă de coordonatorulcurent. Ele vor transmite un mesaj anunţ multicast utilizând UDP ( User Datagram Protocol) lainterval configurabile. Alte dispozitive vor procesa aceste anunţuri în conformitate cu BMC şivor selecta noul coordonator . Dacă un coordinator va recepţiona un mesaj anunţ de la un alt

potenţial coordinator ( cunoscut ca coordinator strain) şi algoritmul BMC indica acestcoordinator strain ca fiind coordinatorul curent va face tranzitia catre o pozitie de subordonat.

În plus, la mesajul anunţ un ceas coordinator transmite periodic un mesaj Sync utilizândUDP multicast (by default), care este recepţionat de un ceas subordonat. Fiecare subordonatutilizează un mesa j Sync pentru a calcula diferenţa dintre ceasul propriu şi ceasul coordonator.Mesajul conţine o ştampila provenită de la coordinator cu momentul în care a fost eliberat. (t1din figura 1).

Figura 1 Sincronizarea de bază a schimbului de mesaje Sursa: [1]

Când subordonatul recepţionează mesajul Sync, înregistreaza tipul recepţionării (t2).Timpul în mesajul Sync nu reprezintă timpul precis în care mesajul a părăsit dispozitivul,

deoar ece acesta nu este cunoscut decât dupa trimiterea mesajului. Coordonatorul trimite apoimesajul de Follow-up, care include momentul de timp actualizat în care mesajul Sync părăseştecoordonatorul . Momentul în care mesajul Sync părăseste coordonatorul este determinat dehardware-ul specializat sau de driver-ul de r eţea. Subordonatul recepţionează mesajul Follow-upşi utilizează valoarea actuala a t1.

În acest punct subordonatul a avut doua valori de timp (t1 şi t2) şi poate calcula diferenţeîntre timekeepers şi coordonator. Din nefericire, offset-ul obtinut din t1 şi t2 include cateva


8/18

Page 8 of 18

cantitati necunoscute de intarzieri de propagare datorate retelei. Pentru a determina aceasta

întârziere şi pentru a calcula offset-ul actual între timekeepers, subordonatul eliberează o cerere“Delay Request” către coordonator şi notează timpul când a fost trimis (t3) şi apoi timpul când afost recepţionat Delay Request (t4) şi eliberează Delay Response catre subordonatul care conţinet4. Când subordonatul receptionează Delay Response, va deţine patru ştampile de timp- t1,t2,t3

şi t4- şi poate calcula offset-ul între timekeeper-ul sau şi timekeeper-ul masterului, luând înconsiderare însa şi o intarziere datorata retelei. [1]

3.1.2 Ştampile de timp şi configuratii în exclusivitate software

Pentru a obtine timpul actual mesajul Sync a fost trimis de master cu scopul de a-l insera

în mesajul “Follow-up”. Masterul trebuie să ştie exact când este capabila reţeaua sa hardwareeste capabilă să trimită message Sync. Acest hardware este mult mai probabil interfata fizica deretea (PHY) sau alt hardware care recunoaste pachetele PTP şi noteaza timpul exact în care eleau fost tr imise sau receptionate. Diferenţa între situaţia în care software-ul masterul PTP iniţiază

trimiterea acestui mesa j ( valoarea estimate a lui t1 într-un mesaj de sincronizare) şi timpul candPHY este capabil să trimită mesaje în mediul fizic, nu numai ca va varia dar va fi putinsemnificativa cu privire la precizia mai bună ca ordin decat microsecundele. Pentru aceastamesajului Sync message trebuie să-i fie contabilizat timpul petrecut în stivă de reţea pentru a putea obţine o acurateţe maximă (Vezi figura 2).

Figura 2: Stiva de retea cu stampile de timp asistate hardware

Sursa:[1]

PTP defineşte un alt mecanism de sincronizare putin diferit, care are avantajul unuisuport hardware adiţional. Mesajele Sync şi Follow-up utilizate pentru a calcula offset-ul intrecoordinator şi subordonat asa cum a fost descris mai devreme este utilizat de un Ceas în doi pasi. Un ceas cu un pas utilizeaza retele hardware specializate nu numai când ştampile de timp PTPSync părăsesc dispozitivul, dar şi pentru a modifica ieşirea mesajelor Sync cu valoarea t1 atimpului actual de plecare (Vezi figura 3).


9/18

Page 9 of 18

Figura 3:Operatii intr-un singur pas

Sursa:[1]

Această valoare este trimisă în mod normal în mesajul Follow-up, dar pentru că sistemulhardware o face disponibilă în mesajul Sync, mesajul Follow-up va fi inutil. Un dispozitivsubordonat va trebui să inteleagă că coordonatorul său lucrează ca un ceas într-un singur pas. El poate determina aceasta prin citirea campului de bit, aflat în headerul mesajului PTP trimis de

către coordonator . Ceasul cu un singur pas ajută la minimizarea traficului reţelei în timp ce semenţine o performanţă foarte bună în ceeea ce priveşte sincronizarea. Acest tip de ceas este util pentru cererea de a plicaţii PTP în diverse industrii.

Interfata hardware a retelei PTP poate simplifica stampila de timp a mesajului PTP şi sa-lcoreleze cu mesajul IDs pentru incercarile de mai tarziu ale software-ului PTP. Aceasta

capacitate face posibila operarea masterului PTP în modul “doi pasi” pentru a trimite valoare precisa t1 în mesajul “Follow-up” catresubordonat. în timp ce gradul de suport hardware nu face posibila operarea în doi pasi, aceasta poate fi facuta pentru performante superioare în doi pasi, încomparative cu o implementare bazată în exclusivitate pe software. Un dispozitiv PTP este

considerat a opera ca un ceas în exckusivitate software , dacă nu are suport hardware. Un ceas înexclusivitate software este limitată la operaţii în doi pasi şi în mod tipic trimite valori t1 înmesajul Follow-up, care sunt preluate din componentele software, cât mai repede posibil în stivasoftware, adesea din nivelul driver. Deşi ceasurile bazate exclusive pe software sunt în modevident mai puţin precise decât cele cu asistenţă hardware, acestea sunt capabile încă să obţină o precizie mai mica de milisecunde. [1]


10/18

Page 10 of 18

Algoritmul BMC

Algoritmul BMC oferă dispozitivelor PTP abilitatea de a menţine ierarhia de sincronizaredorita la schimbarea conditiilor de retea. Descrierea algoritmului BMC în sine nu sta în scopulacestui articol, dar putem spune ca algoritmul BMC este un element cheie în ceea ce privestesimplitatea şi auto-adminitrarea, obiective propuse în PTP. Unele dispozitive PTP actioneaza fieca coordinator fie ca subordonat, algoritmul BMC fiind utilizat pentru a determina dacă estenecesara selectarea unui nou master sau dacă un dispozitiv necesită tranziţia de la statul decoordonator la unul de subordonat. [1]

Schimbarea stării poate apărea ca rezultat al unui numar de condiţii, toate acestea reflectate înmesajul de anunţ al subalternului sau al potenţialului subaltern. Mesajul de anunt al acestora estetrimis la o rată configurabila, ca parte a protocolului. Mesajul anunt conţine toate informaţiilenecesare pentr u ca algoritmul BMC să poată determina dacă subalternul curent rămâne subalternsau se va transforma într-un subaltern sau în cazul subalternului, poate asculta un nou subaltern

sau poate deveni el însuşi subaltern . Unul dintre atributele mesajului de anunţ este sursa de timpa dispozitivului ( GPS, Atomic Ceas sau un oscilator ce ruleaza liber); prioritatea, aşa cum esteea determinată de administratorul local al PTP-ului; ID-ul ceasului dispozitivului, şi alte attributeutilizate de către BMC.

A avea un dispozitiv PTP pe care rulează BMC şi trimite mesaje de anunţ, înseamnă căadministratorul trebuie doar să deschidă sistemul şi are déjà o reţea cu dispozitive automatsincronizate în timp, configurate pentru performanţe optime, fără modificări la schimbărilespontane ale topologiei de reţea.[1]

3.2 Ceasul Boundary

Pentru ca switch-urile şi routerele segmenetază o reţea PTP, PTP a introdus boundaryceas în sensul distribuţiei ceasului unui subordonat în diferite părţi ale reţelei. Standardul PTPdescrie boundary ceas ca fiind deţinătorul unei singure stampile de timp comandată de PTP, daravând mai multe porturi PTP intr-un domeniu. Un port poate servi ca sursă de timp(subordonatul PTP) dispozitivelor atasate acestuia sau ca ieşire destinata sincronizariitimekeeper-ului ( un subordonat PTP) cu alte ceasuri conectate la acesta. Un ceas boundary poate

fi implementat pentru a inlocui un switch traditional sau un router dintr-o retea care în modobisnuit este segmentata de aceste dispozitive. Boundary ceas difera de ceasurile PTP în operatii.PTP le diferentiaza pe cele doua numindu-le “ordinary clock ” sau ceas obisnuit şi respectivceasul boundary. [1][5]

Fiecare port al unui ceas boundary poate fi inteles ca un ceas obisnuit separat care

imparte acelasi timekeeper cu ceasurile boundary ale altor ceasuri obisnuite. Doar un port al

acestui dispozitiv poate fi în starea de subordonat, care elimină utilizarea timekeeper-uluidispozitivului ( de exemplu doua porturi care incerarca sa ajusteze timpul). Toate celelalte

porturi sunt considerate coordonatoare pentru dispozitivele din segmentele respective.[1][5]


11/18

Page 11 of 18

Existenta unui ceas boundary cere PTP utilizarea unui coordonator general pentru a

descrie intreaga retea PTP, de cand subordonatull unui port ceas boundary considera acel ceas

boundary ca fiind subalternul sau. Fiecare port coordonator este responsabil pentru indeplinirea

acelorasi obictive ca şi un ceas obisnuit coordonator , care efectiv ascunde toti subordonatii dinceasul boundary coordonator. [1][5]

De asemenea, un ceas obisnuit de tip subordonat ( sau un alt ceas boundary cu porturile

conectate în starea de subaltern) este ascuns din ierarhia PTP “ de deasupra” boundary ceas. Unceas boundary nu trece mesajul de sincronizare PTP de la subordonatii superiori în ierarhie lacoordonatorul sau. Fara aceasta un coordinator general poate fi responsabil pentru procesarea

mesajelor “Delay Request” şi emite mesajul de “ Delay Response”de la şi către, fiecaredispozitiv subaltern din intreaga reţea PTP. Un ceas boundary, totuşi, poate permite în continuareoricarui sclav eligibil să fie coordonator general în intreaga retea PTP .

De exemplu, dacă coordonatorul general iese din retea, urmatorul cel mai eligibildispozitiv subordonat poate declara el singur ca fiind coordinator ( o dată ce algoritmul său

BMC a determinat ca este potrivit să facă asta), şi ceasul boundary va trimite portul conectat laacest subordonat intr-un subordonat. Acest ceas boundary va avea apoi un port care a fost înstarea de subaltern, acum e în starea de coordonator pentru alte ceasuri obisnuite şi boundary.Aceste ceasuri vor evalua apoi noul coordinator cu ajutorul algoritmului BMC şi tranzitioneaza potrivit acestuia, repetand acest process pentru restul ierarhiei. în functie de topologia de retea,aceasta situatie poate sa nu fie una ideala, în functie de numarul de hopuri intre care acest noucoordonator şi un subordonat a crescut cu o unu ( un ceas boundary conectat la un nou master),aceasta marind orice acumulare a erorilor de sincronizare. Utilizarea ceasului boundary şiierarhia rezultata a dispozitivelor PTP trebuie luata în considerare pentru a maximize precizia desincronizare a sistemului. (Vezi figura 4).

Figura 4: Ierarhia de dispozitiv care utilizeaza ceasuri boundery

Sursa:[1]


12/18

Page 12 of 18

Ceasurile boundary pot fi , de asemenea, utilizate pentru retele corelate care utilizeaza diferite

protocoale de retea (vezi figura 5), de cand nu exista nicio constrangere pentru care

implementarile PTP utilizeaza aceeasi tehnologie sau mediu de comunicatie. De exemplu un

system poate avea cateva dispositive care utilizeaza Ethernet şi altele care utilizeaza DeviceNet,toate sincronizate dupa acelasi coordonator general prin utilizarea capacitatilor unor ceasuri

boundary. în acest scenario un ceas boundary va putea avea un port compatibil DeviceNetconectata la un dispozitiv DeviceNet şi un alt port conectat la dispositive Ethernet. PTP face posibila sincronizarea ambelor tipuri de dispozitive la acelasi coordonator general fara a se uita

la mediul de transmisie. în plus, la protocoale diferite de retea, ceasurile boundary pot intra însisteme PTP mecanisme de calcul al intarzierii diferite, care sunt descrise mai jos. [1]

Figura 5 Ceasurile boundery utilizate pentru a se potrivi in diferite tehnologii de retea

Sursa:[1]

3.3 Switchuri invizibile

Nu toate aplicaţiile permit dispozitivelor PTP să fie desfăşurate într -o manieră careconduce la o ierarhie netedă, echilibrată. Reţelele sunt uneori dezvoltate în topologii lungi linearesau de tip inel care pot avea acumulari semnificative de erori de sincronizare cand ceasurile

boundary sunt utilizate pentru a intra în aceste segmente. Din această cauză, PTP defineşte undispozitiv cunoscut la switch invizibil care conectează grupuri de dispositive PTP fără asegmenta reţeaua PTP. Un switch invizibil recunoaşte mesajele PTP care tr ec prin reţea şi


13/18

Page 13 of 18

notează “timpul de rezidenţă”, timpul petrecut în switch unde mesajele nu sunt încă vizibiledispozitivelor PTP vizate.Timpul de rezidenţă este adaugat cmpurilor de corectie ale mesajelorPTP inainte de a fi transmise de la switch catre urmatorul dispozitiv (vezi figura 6).

Ceasurile PTP pot apoi să evalueze mesajele din camurile de corecţie si să le aplice propriilor calcule. Deşi, mesajele au fost temporar păstrate în switchul invizibil- uncomportament nedeterminist, care în mod normal introduce erori de sincronizare semnificative-câmpul de corecţie permite că timpul să fie îndepărtat, că şi cum switchul nu ar fi fost niciodatăacolo (şi de aici numele de switch invizibil).

Spre deosebire de ceasurile boundary, switchurile invizibile işi expun dispozitivelesubordonate coordonatorului PTP. Switchurile invizibile sunt interesate doar intr-un timp relativ,

şi anume timpul în care mesajul trece prin switch. De aceea nu este necesar un timekeepersincronizat cu timpul coordonatorului. Oscilatoarele care “ticaie” atat în coordinator cat şi înswitch, trebuie totusi sa “ticaie” cu caeeasi rata. Păstrarea acestei rate ca fiind aceeaşi estecunoscută ca sincronizare. [1]

3.4 Mecanismul întârziere în pereche (“peer delay”)

Modelul de sincronizare descris mai devreme, în care subordonatul crea problemamesajului Delay Request şi coordonatorul raspunde cu De;ay Response, este cunoscută camecanismul întârzierii cerere raspuns (delay request-response). PTP oferă o alternativă la acestmecanism numită îintârzierea în pereche sau modul peer-to-peer, care poate furniza performanţesuperioare în anumite situaţii. Pentru ca cele doua moduri nu pot fi utilizate împreună, designeriide system au trebuit să evalueze care mecanism de întârziere furnizează cele mai bune rezultateşi în consecinţă, proiectarea sistemului lor. în modul peer-to-peer un dispozitiv transmite

primului vecin un mesaj “Peer Delay Request”, care este sau nu coordonatorul dispozitivului.Dispozitivul receptor raspunde cu un mesaj “Peer Delay Response” ( şi optional cu un mesajPeer Delay Follow-up dupa acesta în cazul folosirii unui ceas în doi pasi). Aceasta permitedispozitivului solicitant sa calculeze intarzierea de propagare pentru segmental individual.

Prin cunoaşterea exactă a intarzierii de propagare pentru fiecare segment de reţea, modul peer to peer permite PTP să aplice compensări ale întârzierii între coordinator şi subordonaţi,care sunt mult mai precise decât în mecanismul Delay-Request-Response, unde switchurileintermediar e aleg diferite căi. De când modul peer to peer specifică faptul că switchurileinvizibile ajustează câmpul de corecţie nu doar cu timpul de rezidentă al mesajelor Sync şiFollow up ( aşa cum se întâmplă în modul Delay-Request-Response), el adaugă întârziereacalculate anterior pentru legara pe care a venit mesajul anterior.( vezi figura 7)

Acest comportament semnifică faptul că coordonatorul nu trebuie să proceseze mesajulDelay Request de la fiecare subordonat; în schimb ea însăţi se refera la Peer Delay Request andResponse pentru per echea sa imediată (switchuri invizibile sau ceasuri PTP în starea desubordonat). Din aceasta cauza switchurile invizibile în modul peer to peer pot fi mult maiatractive pentru designerii de sisteme ceea ce priveşte traficul de reţea, de cand un dispozitiv


14/18

Page 14 of 18

coordonator nu trebuie să recepţioneze şi să răspundă fiecarui mesaj de cerere al unuisubordonat, ci se referă la el insuşi şi perechea sa imediat următoare. [1]

4. Profiluri PTP

Profilurile PTP permit specificarea valorilor atributelor şi ale caracteristicilor opţionaleale PTP, care atunci când utilizăm acelaşi protocol de transport, lucrează împreuna şi obţin performanţe care îndeplinesc cererile aplicatiilor particulare.3 Profilurile fac din PTP cel mai potrivit mod pentru aplicatii particulare, în timp ce adera la un standard tot mai general.Profilurile pot specifica mai multe aspect ale standardului. Exista doua profiluri default: Delay

Request Response şi Peer Delay. Implemetarile trebuie sa suporte cel putin una dintre acestedefault-uri. Profilurile însa si sunt standardizate şi definite de o organizatie recunoscuta destandardizare care are jurisdictia asupra unor industrii particulare. Aceste organizatii, dupa cum

se mentioneaza în standardul PTP, trebuie să consulte The Precise Networked Clock

Syncronization Working Group of IM/ST (Instrumentation and Measurements/SensorTechnology) Committee pentru revizuiri tehnice.

Profilurile PTP nu numai că schimbă mai multe aspecte ale standardului PTP, dar îlextinde. Un profil poate defini propriul algoritm BMC , mecanismul de monitorizare şiconfigurare, mecanismul de întarziere, transmisia unicast sau multicast, mecanismul de transport,tipul nodurilor şi alte opţiuni care sunt cerute, permise sau interzise. Profilurile pot definimecanisme de transport complet noi şi tipuri de date. Flexibilitatea profilurilor PTP îndeplineştenevoile unor aplicaţii particulare s-au dovedit a fi utile în special în telecomunicaţii şi industriaenergetica. [1]

Unicast

PTP a fost construit să asigure comunicaţii multicast, dar a fost adăugat şi suportulunicast ca o caracteristică opţional.Standardul PTP nu descrie o implemetare PTP unicast îndetaliu, dar în schimb descrie mai multe caracteristici optionale unicast care pot fi utilizate atâtatimp cat comportamentul protocolului este pastrat.

2 Cateva implementari pot necesita ca

ceasurile coordonaţilor să utilizeze o configuraţie care specifică o listă cunoscută de ceasuricoordonatoare prin adresa protocolului ( de exemplu o listă de adrese IP utilizate în Ethernet).Aceasta ajuta subordonaţii sa gaseasca potenţialii coordonatori. Mecasnismul de descoperireunicast este optional, însemnând ca în utilizarea multicast poate alege să se implementezedesoperirea multicast a ceasurilor coordonatoare şi unicast pentru toate celelalte mesaje. Maimult, acest tip de descoperire necesită anumite configuraţii pentru a define lista coordonatorilor,din moment ce este specifica unui sistem dat şi imbunatateste indeplinirea obicetivelor PTP prinfaptul ca furnizeaza o instalare simpla care nu necesita administrare. [1]

O alta implementare optional definite de PTP este utilizarea mecanismului de negociere

unicast, care imbunatateste trimiterea mesajelor de semnalizare specifica catre dispozitivul


15/18

Page 15 of 18

coordonator, indicand faptul ca ei raspund cu un mesaj unicast Announce, Sync, Delay Response

sau Peer Delay Response dispozitivului subordonat. Aceasta flexibilitate în alocarea operatieiunicast şi furnizarea mai multor caracteristici optionale în implementare, permit profilurilor sadefieasca o implementare unicast specifica avand cele mai bune detalii pentru o anumita

aplicatie. [1]

5. Utilizarea PTP şi a NTP

Cererile dispozitivelor pentru masuratori şi control industrial sunt similare cu cele alemultor alte industrii- şi multe rezultate inovatoare au venit din aplicarea tehnologieie în metode pe care proprii designer nu le-au luat în considerare-, dar aplicatii destinate pentru anumitetehnologii sunt luate în considerare inainte de a adopta altele noi.

Asa cum am descris mai sus şi este scris în standard, PTP a fost construit sa fie utilizat înretele LAN, sau mai exact, sisteme localizate spatial, cu optiuni pentru sisteme mai mari,

4 acesta

este unul dintre diferentiatorii specifici intre PTP şi NTP. Utilizarea unui LAN permite altorobiective PTP sa fie indeplinite utilizand tehnici ca multicast pentru descoperire şi selectieautomata a coordonatorilor PTP, echipamente de retea cum sunt ceasurile boundary şi switchuriinvizibile, precum şi o rata foarte mare de transmitere a mesajelor, care nu ar fi posibila intr-unWAN. O retea LAN ofera PTP-ului cateva libertati pe care NTP – ul nu le are, asa cum este presupunerea- cu un grad de incredere rezonabil- care nu are legatura cu traficul scaut de retea şisecuritatea de nivel scazut, avand în vedere ca în LAN utilizarea este de obicei limitata şicontrolata. [1]

In contrast, NTP este utilizata în Internet şi este prin urmare subiectul unui numar marede intarzieri nedeterministe provenite de la elementele retelelor intermediare, asa cum sunt

routerele şi expuse unui numar mult mai mare de provocari de securitate. Aceste inconvenientetrebuie sa fie acceptate sau în cazul securitatii sa raspunda acestor provocari. Securitatea esteevidentiata de cand PTP include numai o extensie experimentala a protocolului adresata

securitatii, dar NTP defineste utilizarea listei de control al accesului şi o variant de criptografierenumita Autokey. De altfel am notat ca NTP poate utilize modul milticast pentru a descoperi înmod automat serverele cand este utilizat intr-un LAN, şi PTP poate opera în modul unicast pentru a fi utilizat intr-un WAN . Totusi este cea mai comuna şi poate impune costuri aditionalede configurare. [11]

Un alt obiectiv PTP este administrarea libera a operatiilor, în care dispozitivele careformeaza un sistem pot fi desfasurate cu configurari mici sau inexistente , dar cu care se poate

obtine un timp optim de sincronizare pentru un mediu dat. Dispozitivele pot fi adaugate, ştersesau reconfigurate în timpul utilizării sistemului şi dispozitivele PTP care formează sistemul vornegocia automat o noua ierarhie pentru a menţine performanţa optimă de sincronizare.Algoritmul BMC al PTP-ului este responsabil pentru acest comportament. Algoritmul de

optimizarea NTP nu permite acelasi grad de autonomie .Acesta nu permite unui dispozitiv sădevină coordonator general dacă este necesar, în ciuda schemei de descoperire dinamică a


16/18

Page 16 of 18

ultimelor specificatii NTP. deşi NTP defineste o serie de algoritmi de atenuare pentru a fiutilizati în găsirea drumului optim.

Comparaţie privind tehnicile de sincronizare PTP si NTP

În timp ce metodologiile de sincronizare impuse de PTP şi NTP sunt similare prin faptulca în cele din urmă calculează offsetul ceasului şi întârzierea mesajului. Protocoalele diferă semnificativ în ceea ce priveţte mecanismele şi acest lucru poate fi luat în considerare la alegereauneia dintre cele doua tipuri de tehnologii. De exemplu, PTP se bazează pe ceasuri boundery şiswitchuri invizibile pentru a obţine performanţe maxime în anumite medii.

Relevant pentru implementarea acestor aplicaţii este faptul că PTP nu defineşte unalgoritm servo pentru aplicarea informaţiilor PTP date de un dispozitiv unui dispozitiv oscilator.în schimb, definiţia servo este specific implementată şi nu exista garanţii care să garanteze că stivele software PTP vor avea aceeaşi sincronizare în acelaşi dispozitiv. în opozitie, NTP

defineşte un parametru tranformat şi adaptiv “cu o frecvenţă şi fază aflate într-o bucla”, utilizat pentru a seta dispozitivul timekeeper-ului cu datele furnizate de NTP.Termenele celor două tehnologii diferă. NTP utilizează timpul UTC, în timp ce PTP

utilizează TAI şi offseturile UTC. Aceste diferenţe pot fi semnificative designerilor de systemcare işi asumă o anume scală de timp. Preocuparile legate de manipularea saltului pot fi, deasemenea, un factor important. Spre deosebire de PTP, un salt de secunde va determina shiftarea

întregului interval de timp cu o secundă. [1]

Aşteptări în ceea ce priveşte performanţa

Un sistem tipic PTP sincronizat se aşteaptă la o sincronizare de o precizie mai mică decâtmicrosecunde, care în mod tipic implică asistare hardware şi dispozitive conectate într-un LAN.Un sistem de sincronizare tipic NTP cu hardware nespecializat şi dispositive conectate într -unWAN, va obţine o precizie de sincronizare mai mica decât milisecunde. Când PTP esteconfigurată corespunzator pentru utilizare într -un WAN, totuşi nu pot fi reduse la niciun avantajde performanţă într-un NTP. [1]


17/18

Page 17 of 18

Concluzii

PTP are capacitatea să sincronizeze dispozitivele la un ordin mai mic decâtnanosecundele unul de altul peste o infrastructură comună de reţea, care permit designerilor desystem să înlocuiască soluţiile de sincronizare costisitoare sau limitate. NTP a avut cazurisimilar e, dar adesea se încadrează în aplicaţii care necesită un nivel de performanţă almăsurătorilor şi control al sistemului. Algoritmul PTP al BMC permite adaptarea la condiţiischimbătoare, asigurând mereu că dispozitivele au cea mai bună calitate a referinţei de timp.Ceasurile PTP boundery şi switchurile invizibile asigură performanţe ridicate de sincronizare,adesea într -o topologie de reţea nu tocmai ideală.

În contrast, NTP necesită ca toate dispozitivele să fie configurate la o referinţă predefinităde timpi ai servarului, prioritari de utilizat, şi performanţă are de suferit când mesajele trebuie sătraverseze elemente de reţea aşa cum sunt switchurile.

Totuşi mediul PTP este diferit de NTP şi în functie de a plicaţie, NTP este sau nu o bună

alegere. De exemplu, mechanism de securitate al NTP şi faptul ca e timpul serverelor edisponibil public, îl face mai potrivit pentru sincronizarea timpului în Internet, unde performantele cerute permit.

PTP a umplut un gol pe care NTP nu a fost capabil să îl umple, dar el nu a fost înlocuit.Totuşi PTP oferă designerilor de sistem noi instrumente de sincronizare.


18/18

Page 18 of 18

Bibliografie

1. Revista “Communications of the ACM ” , Association for Computing Machinary, Rick Ratzel

si Rodney Greenstreet, online: www.acm.org/renew, accesat la 08.01.2013

2. "Windows Time Service Technical Reference". technet.microsoft.com. Link:

http://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspx accesat la

08.01.2013

3. "Windows Time Service page at NTP.org". Support.ntp.org. 2008-02-25, accesat la

10.11.2012

4. "How the Windows Time Service Works"., technet.microsoft.com.accesat la 08.11.2012

5. "Support boundary to configure the Windows Time service for high accuracy

environments". Microsoft Corporation, http://support.microsoft.com/kb/939322 accesat la

12.01.2013

6. Internet Engineering Task Force (IETF),Request for Comments: 5905

Obsoletes: 1305, 4330, Category: Standards Track, ISSN: 2070-1721 D. Mills, U. Delaware,

J. Martin, J. Burbank, W. Kasch, APL June 2010

7. NTP 4.x for Windows NT". NTP Documentation Archive,

http://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.html, accesat la 20.01.2013

8.

"Executive Summary: Computer Network Time Synchronization", http://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.html, accesat la 12.01.2013

9. Ned Pyle (2007-10-23). "High Accuracy W32time Requirements". Microsoft

Corporation, http://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-

accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=true, accesat la 13.01.2013

10. Measurement, Control and Communication Using IEEE 1588, Eidson, John C. (April

2006), Springer. ISBN 1-84628-250-0.

11. Welcome to the NTP.Servers Web., http://ntp.isc.org/bin/view/Servers/
http://www.acm.org/renewhttp://www.acm.org/renewhttp://www.acm.org/renewhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://support.ntp.org/bin/view/Support/WindowsTimeServicehttp://support.ntp.org/bin/view/Support/WindowsTimeServicehttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773013%28WS.10%29.aspxhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773013%28WS.10%29.aspxhttp://support.microsoft.com/kb/939322http://support.microsoft.com/kb/939322http://support.microsoft.com/kb/939322http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://support.microsoft.com/kb/939322http://support.microsoft.com/kb/939322http://support.microsoft.com/kb/939322http://tools.ietf.org/html/rfc1305http://tools.ietf.org/html/rfc1305http://tools.ietf.org/html/rfc1305http://tools.ietf.org/html/rfc4330http://tools.ietf.org/html/rfc4330http://tools.ietf.org/html/rfc4330http://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.htmlhttp://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.htmlhttp://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.htmlhttps://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspxhttps://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspxhttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=truehttp://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=truehttp://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=truehttp://en.wikipedia.org/wiki/Springer_Science%2BBusiness_Mediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Springer_Science%2BBusiness_Mediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Springer_Science%2BBusiness_Mediahttp://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Numberhttp://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Numberhttp://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/1-84628-250-0http://ntp.isc.org/bin/view/Servers/http://ntp.isc.org/bin/view/Servers/http://ntp.isc.org/bin/view/Servers/http://ntp.isc.org/bin/view/Servers/http://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/1-84628-250-0http://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Numberhttp://en.wikipedia.org/wiki/Springer_Science%2BBusiness_Mediahttp://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=truehttp://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspx?Redirected=truehttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttps://blogs.technet.com/b/askds/archive/2007/10/23/high-accuracy-w32time-requirements.aspxhttp://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.htmlhttp://www.eecis.udel.edu/~mills/exec.htmlhttp://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://doc.ntp.org/4.2.6/hints/winnt.htmlhttp://tools.ietf.org/html/rfc4330http://tools.ietf.org/html/rfc1305http://support.microsoft.com/kb/939322http://en.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Corporationhttp://support.microsoft.com/kb/939322http://support.microsoft.com/kb/939322http://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773013%28WS.10%29.aspxhttp://support.ntp.org/bin/view/Support/WindowsTimeServicehttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://technet.microsoft.com/en-us/library/cc773061%28WS.10%29.aspxhttp://www.acm.org/renew

Documents

Mecanisme de Sincronizare in Retelele de Calculatoare