PTP over Ethernet

PTP(Precision Time Protocol)は、IEEE 802.3 または ACX シリーズ ルーターのイーサネット リンクでサポートされています。この機能は、IEEE 1588-2008 仕様に準拠してサポートされています。イーサネットカプセル化方式を用いて、イーサネットリングのすべてのホップにPTPを展開することで、堅牢で冗長性に優れた高性能なトポロジーを構築し、高精度な時刻と位相の同期を実現することができます。

ACXシリーズルーターは、異なるタイプの基地局(例えば、2Gの基地局(BTS)、3GのNodeB、4GネットワークのeNodeBなど)や、時分割多重(TDM)、ATM、イーサネットトラフィックを基地局コントローラにハンドオフする異なるタイプのルーター)に直接接続することができます。ACX シリーズルーターは、これらのソースからネットワーククロックを抽出し、同期情報をベースステーションに渡して、ルーターがベースステーションコントローラーと同期できるようにする必要があります。

イーサネットを使用するネットワーク展開のほとんどには、少なくとも 2 つのイーサネット リングが含まれていますが、一部のネットワーク トポロジーには、最大 3 つのイーサネット リングが含まれている場合もあります。最初のリングにアグリゲーションルーター(MXシリーズルーター)が含まれ、2番目のリングにアクセスルーター(ACXシリーズルーター)が含まれるシナリオを考えてみましょう。このようなネットワークでは、約10または12ノードのMXシリーズルーターとACXシリーズルーターがアグリゲーションおよびアクセスイーサネットリングに存在します。

ACX シリーズ ルーターに接続された一部の 4G 基地局は、タイミングと同期情報をパケットベースの形式で受信する必要があります。このような基地局ベンダーは、時間と位相の同期に PTP パケットのイーサネットカプセル化を使用するパケットインターフェイスのみをサポートします。したがって、4G基地局に直接接続されているノード(ACXシリーズルーター)は、パケットベースのタイミング機能をサポートするために、プライマリポートでのPTP向けイーサネットカプセル化方式を使用できる必要があります。

また、PTP over Ethernetカプセル化は、PTP over IPv4よりも簡単で最適なネットワーク導入モデルを促進します。IPv4 を使用すると、ノード(プライマリ デバイスとクライアント デバイス)はユニキャスト ネゴシエーションに参加し、クライアント ノードにプライマリ ノードの IP アドレスがプロビジョニングされ、プライマリ ノードからユニキャスト メッセージの送信が要求されます。プライマリノードは、プライマリクロックが配置されている PTP サーバーとして機能するルーターであり、クライアントノードは、クライアントクロックが配置されている PTP クライアントとして機能するルーターです。PTP over Ethernet はマルチキャストアドレスを使用するため、クライアントノードはネットワーク内のプライマリノードについて自動的に学習します。また、クライアントノードは、プライマリノードからマルチキャストメッセージをすぐに受信でき、プロビジョニング設定を必要とせずにプライマリノードへのメッセージの送信を開始できます。

プライマリクロックが設定されているインターフェイスはプライマリインターフェイスと呼ばれ、クライアントクロックが設定されているインターフェイスはクライアントインターフェイスと呼ばれます。プライマリ インターフェイスはプライマリ ポートとして機能し、クライアント インターフェイスはクライアント ポートとして機能します。PTP over Ethernetでは、ポートまたは論理インターフェイスをプライマリクロックまたはクライアントクロックとして動作するように設定する以外に、ポートまたは論理インターフェイスをプライマリクロックとクライアントクロックの両方として機能するように設定することもできます。このタイプのポートは、 ダイナミックポート、 ステートフルポート、または 双方向ポートと呼ばれます。このようなステートフルポートにより、特定のソースから最短の同期ツリーを形成して、ネットワークはタイミングソースの導入と障害により効率的に適応することができます。この動作は、 周波数同期仕様のITU-T G.8265.1高精度時刻プロトコルテレコムプロファイル の最適なプライマリクロックアルゴリズム(BMCA)によって定義されたとおりに実装されます。

MXシリーズルーターとACXシリーズルーターの両方で、同期チェーンのすべてのノードをPTPバウンダリークロックとして設定すると、最高品質のパフォーマンスを実現できます。イーサネットリングベースのトポロジーでは、ポートまたは論理インターフェイスをプライマリポートまたはクライアントポートとして機能するように設定し、ノードまたはリンクの障害発生時に冗長性を確保することができます。このダイナミックポートまたはデュアルポート機能は、IEEE 1588-2008規格に準拠しており、データセンターや金融アプリケーションへのPTPの実装を可能にします。

すべてのノードを PTP バウンダリークロックとして設定できるようにする以外に、論理インターフェイスをプライマリポートまたはクライアントポートとして設定できるようにする必要があります。論理インターフェイスまたは共有 IP アドレスをプライマリポートまたはクライアントポートとして設定すると、PTP プロトコルスタックはダイナミックポートを表すことができ、PTP アプリケーションは、デフォルトの PTP BMCA の出力とシステム内の他のポートの状態に基づいて、システム内の特定のポートの正しい状態(プライマリまたはクライアント)を選択します。

ACXシリーズルーターはPTP over Ethernet機能をサポートしていますが、MXシリーズルーターやTCA Series Timing ClientなどのBrilliant Grand Primary はPTP over Ethernetをサポートしていません。このシナリオでは、ACXシリーズルーターは、PTPクライアントポートがカプセル化モードとしてIPv4を使用し、PTPトラフィックのカプセル化モードとしてイーサネットを使用するプライマリポートとの境界クロックとして機能します。たとえば、ACX1という名前のACXシリーズルーターが、MX1という名前のMXシリーズルーターへのリンクでIPv4を使用してクライアント専用ポートとして固定されているものと、ACX2という名前の別のACXシリーズルーターへのリンクでPTP over Ethernetを使用してクライアントポートとして機能するダイナミックポートの2つの潜在的なクライアントインターフェイスを持つとします。さらに、ACX1には、PTP over Ethernetを使用するプライマリ専用ポートであり、基地局に接続するポートも含まれています。

PTP over Ethernet はマルチキャストアドレスを使用するため、クライアントポートはネットワーク上のプライマリポートから送信されたマルチキャストアナウンスメッセージの受信を自動的に開始でき、最小設定または設定なしでプライマリノードとの通信を開始することもできます。プライマリポートとクライアントポートの識別にIPアドレスが使用されるIPv4上のPTPとは異なり、PTP over Ethernetでは、マルチキャストMACアドレスがPTPトラフィックの転送に使用されます。IEEE 1588 規格では、PTP over Ethernet 運用向けに、2 種類のマルチキャスト MAC アドレス 01-80-C2-00-00-0E(リンク ローカル マルチキャスト)と 01-1B-19-00-00-00(標準イーサネット マルチキャスト)が定義されています。

PTP トラフィックのマルチキャストモード送信用に PTP over Ethernet を設定する際は、次の点に注意してください。

• ポートまたは論理インターフェイスを PTP over Ethernet のプライマリクロックとして設定し、時間と位相のアライメントをサポートするベースステーションにパケットベースの同期を提供できます。この構成は、IEEE 1588-2008 仕様の付属書 F に準拠しています。

• PTP over Ethernet には、01-1B-19-00-00-00 と 01-80-C2-00-00-0E の 2 つのマルチキャスト MAC アドレスが使用されます。最初のアドレスは、より標準的なイーサネットMACアドレスであり、すべてのタイプのイーサネットブリッジとスイッチ、および多数の基地局ベンダーによってフラッドされることが予想されます。この MAC アドレスを持つノードは、PTP パケットを処理しないノードでもかまいません。2 番目のアドレスは、イーサネット カプセル化の IEEE 802.1Q 規格で予約されているアドレスで、フィルタリングする必要があり、転送はできません。このMACアドレスは、PTPをサポートしないネットワーク要素を介してパケットを送信するのではなく、PTPの完全なエンドツーエンドサポートを保証するために使用されます。このアドレスは G.8275.1(時間または位相分布用の PTP プロファイル)のデフォルトアドレスであり、この MAC アドレスを持つノードは PTP パケットの処理をサポートするノードです。

• 01-1B-19-00-00-00と01-80-C2-00-00-0Eの両MACアドレスは、複数のポートで同時にサポートされるため、将来の導入に向けて既存のネットワークを最大限の柔軟性と拡張性で高めることができます。いずれかのMACアドレスに対して、一度に1つのPTPポートが設定されます。

• PTP パケットは、各ポートに割り当てられた一意の MAC アドレスを MAC 送信元アドレスとして送信されます。PTP パケットでは、パケットのイーサネット フレーム部分に宛先 MAC フィールドが含まれています。このフィールドには、01-1B-19-00-00-00 または 01-80-C2-00-00-0E の 2 つの MAC アドレスのいずれかが含まれます。また、イーサネット フレーム部分には、送信元ポートの MAC アドレスを含む Source MAC フィールドと、PTP Ethertype 値 0x88F7 を含む Ethertype フィールドが含まれています。イーサネットフレームとは別に、PTPパケットにはPTPペイロードが含まれています。

• PTP アプリケーションの他のポートの状態に応じて、プライマリポートまたはクライアントポートのいずれかになることができるダイナミックポートを持つことで、PTP over Ethernet のポートをクライアントポート、プライマリポート、またはその両方に設定する場合、すべてのノードが境界クロックとして設定されているイーサネットリングで、簡単にプロビジョニングできる冗長な PTP サービスを構築できます。

• バウンダリークロックは、1つのポートでIP(TCA SeriesタイミングクライアントやMXシリーズルーターなど)を使用するデバイスへのクライアントクロックとして機能し、カプセル化方法としてイーサネットを使用する他のポートでもクライアントクロック、プライマリクロック、またはその両方として機能することができます。この動作は、単一の PTP ドメイン番号内で発生します。

• ベストマスタークロックアルゴリズム(BMCA)とポートステートマシンをサポートしており、システム内のすべてのポートの状態と、特定のポートが PTP パケットを処理するための正しい状態(プライマリまたはクライアント)を判断します。

• PTP over Ethernetは、LTE-TDD(Long-Term Evolution-Time Division Duplex)と呼ばれる第4世代(4G)の進化形として、最大10ノードの完全冗長性と耐障害性に優れたリングベース構成をサポートします。ACX シリーズ ルーターは、単一ノードまたはリンク障害に対応し、すべてのノードが共通のソースに一致する ±1.5 マイクロ秒の位相精度を維持します。

• プライマリ ポートとクライアント ポート間の非対称値を設定できます。これは、パス遅延値に追加される値を示し、動的ステート ポートまたはクライアント専用ポートのいずれかで、遅延を対称にし、プライマリ ポートからクライアント ポートへのパスと等しくします。

• 802.1Q VLANタグで設定されたイーサネットインターフェイスや、ユーザーが設定したMACアドレスを含むイーサネットインターフェイスでは、PTP over Ethernetを有効にすることはできません。

• 異なるカプセル化メカニズム(IPv4 やイーサネットなど)で一意の PTP クライアントインターフェイスやクライアントポートを設定できますが、バウンダリークロックがすべての主要ポートで使用できるカプセル化方法は 1 つだけです。したがって、境界クロックのプライマリとして機能する可能性のあるすべてのポートまたは論理インターフェイスに対して、IPv4またはイーサネットのカプセル化を定義する必要があります。プライマリポートは、各ポートに基づいてリンクローカルフラグを選択します。

• 最大 128 個の PTP over Ethernet ポートを設定できます。最大 4 つのポートをクライアントとして設定し、残りのポートをプライマリとして設定できます。

• PTP over IPv4 の導入では、PTP クライアントポートがプライマリポートに接続する前に、PTP プライマリポートで特定の基本設定を行う必要があります。PTP over Ethernet では、任意の PTP クライアントがパケットの受信を開始し、インターフェイスをプライマリに設定した後にプライマリポートから遅延応答パケットを要求できるため、プラグアンドプレイサービスが提供されます。

• PTP over Ethernetは、リリース12.3X51より前のJunos OSリリースと互換性があります。ACX シリーズルーターで以前のリリースからリリース 12.3X51 以降へのアップグレードを実行する場合、ネットワークのニーズに応じて、以前に IPv4 用に設定されたクライアントポートとプライマリポートを変更し、PTP over Ethernet を有効にすることができます。

• IP を使用して完全冗長 PTP リングを設定することはできません。完全冗長PTPリングは、イーサネットカプセル化が使用されている場合にのみサポートされます。

• ハイブリッド モードを有効にするためのダイナミック ポートと同期イーサネットの設定はサポートされていません。

• 複数の PTP タイミング ドメインは、PTP over IPv4 と同様に、PTP over Ethernet ではサポートされていません。1 つのノードに PTP over IPv4 と PTP over Ethernet 用に設定されたインターフェイスを含めることができますが、これらのインターフェイスは両方とも同じ PTP ドメインの一部である必要があります。

• SONET/SDHネットワークでは、ITU G.781規格において、同期ソースに対してローカル優先度を設定する機能が定義されています。BMCA が PTP パケットの特定のパスを決定するように影響を与えるために、このようなローカルに設定された優先順位を PTP ソースに追加することはサポートされていません。

• IP またはイーサネットのいずれかを同時に使用するようにクライアント ポートを設定できますが、プライマリ ポートから受信したアナウンス メッセージに基づいて 1 つのクライアント ポートが選択され、PTP イベント パケットは 1 つのプライマリ ポートとのみ交換されます。

• PTP の IPv4 ユニキャスト実装では、システムで同時にサポートできるクライアント ポートの数を制限できます。プライマリポートにクライアントポート情報がプロビジョニングされないマルチキャストイーサネットベースの実装では、プライマリポートはサービスを提供するクライアントポートの数を制限できません。この制御は、適切なネットワーク計画と設計で実行する必要があります。

• PTPは、サポートされているルーターで同じポートで同時にメディアアクセス制御セキュリティ(MACsec)暗号化を有効にした場合に適しています。次の制限が適用されます。

  1. MACsec 対応論理インターフェイス(IFL)の上限は、システム当たり 200 です。

  2. 物理インターフェイス(IFD)およびIFLを備えたMACsec対応ポートで、MACsecとPTPが異なるポートで一緒に有効になっている場合の上限は、システム当たり200です。

  3. 1Gと10Gの両方のポートでサポートできるIFLの最大数は128です。

  4. クリアテキストモードのPTPはサポートされていません。

PTP over Ethernet ネットワークでは、プライマリはマルチキャスト方式を使用してアナウンス、同期、および遅延応答パケットを送信します。ユニキャスト遅延要求メッセージを受信した場合、プライマリはそのメッセージを無視し、遅延応答メッセージをクライアントに送信しません。PTP クライアントは、プライマリまたは複数のプライマリからマルチキャスト アナウンス パケットを受信し、BMCA(ベスト マスター クロック アルゴリズム)を使用して最適なプライマリを決定します。クライアントは、選択したプライマリ クロックから同期を受信して処理します。クライアントは、マルチキャスト方式を使用してこのプライマリに遅延要求メッセージを送信し、プライマリからの遅延応答メッセージを処理して同期を確立します。

リンクローカル MAC アドレスと標準 802.3 マルチキャスト MAC アドレスの両方をシステムに存在させることができます。ただし、PTP インターフェイスは、ある時点で次のうち 1 つしかサポートしていません。

• リンクローカル MAC アドレスを使用したレイヤー 2 マルチキャスト

• 標準マルチキャスト MAC アドレスを使用したレイヤー 2 マルチキャスト

• IPv4 上の PTP

IPv4 とイーサネットの両方のカプセル化を設定した場合、ユニキャストネゴシエーションの設定は IPv4 カプセル化にのみ適用されます。PTP over Ethernetの動作には効果的ではありません。

[edit protocols ptp]階層レベルで stateful ステートメントを使用して論理インターフェイスを設定する場合、ステートフルポートまたはダイナミックポートとして設定する各インターフェイスは、マスターポートとクライアントポートの両方と見なされます。ACX シリーズルーターは最大 32 のマスターポートと 4 つのクライアントポートをサポートしますが、インターフェイスはクライアントとマスターの両方のインターフェイスとして扱われるため、stateful ステートメントを使用して設定できる固有の論理インターフェイスは 4 つだけです。ステートフルポートまたはダイナミックポートとして指定したインターフェイスを、masterまたはslaveステートメントで設定することはできません。

この例では、PTP over EthernetおよびPTP over IPv4カプセル化用にマスターポート、クライアントポート、およびダイナミックポートを設定する方法と、マスターノードとクライアントノード間のPTPトラフィック伝送のユニキャストおよびマルチキャストモードを設定する方法を示します。