LinuxPTP：一个高效的网络时间协议实现

一、什么是网络时间协议

网络时间协议(Network Time Protocol, 简称NTP) 是一种用来同步计算机时钟的协议。 它设计用来解决电脑时钟问题，确保计算机和其他设备的时间是一致的，并尽可能减小同步时间的误差，从而达到精准的时间同步。

二、LinuxPTP框架介绍

LinuxPTP是一个基于linux内核的高效的网络时间协议实现，它实现了IEEE1588-2008协议。相比传统的NTP来说，其精度更高（可以达到1~10纳秒级别），并且支持同时进行多路同步，可以适用于各种高精度时钟同步场景，如自动化生产线、数据中心等。

LinuxPTP的主要架构分为核心层、协议守护进程（daemon）层、系统调用库(libc)层和用户空间应用程序层。核心层提供了基本的时间戳服务和基于系统计时器的帧处理过程，daemon层负责协议状态机的实现，libc层为用户空间应用提供了与内核交互的接口。用户空间应用程序层提供命令行工具和API等服务。

三、使用LinuxPTP进行时间同步

使用LinuxPTP进行时间同步分为两个步骤:

1. 配置网卡为PTP模式

#ip link set eno0 multicast on

#ip link set eno0 type ptp

这样就把eno0网卡配置成了PTP模式。

2. 启动ptp4l守护进程并绑定所需要同步的网卡：

#ptp4l -i eno0 -m -H -A -S

其中-i指定绑定的网卡；-m表示使用多播传输模式；-H表示以硬件时钟为时间源；-A表示使用全自适应时钟滤波器；-S表示使用对称模式进行同步。

四、示例代码

以下是一个使用LinuxPTP进行时间同步的示例代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define TX_TYPES	PTP_TX_TYPE_SYNC | PTP_TX_TYPE_DELAY_REQ //同步和延迟请求
#define RX_TYPES	PTP_RX_TYPE_SYNC //只接收同步包

int main(int argc, char *argv[]) {
    /* 初始化结构体 */
    int clockid, ret;
    struct ptp_clock_caps caps; //设备属性
    struct ptp_clock_time tx_time, rx_time;
    struct ptp_clock_retval tsret;
    struct timespec timeout; //超时
    struct sockaddr_in addr, from;
    socklen_t addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    char buf[300];

    /* 打开时钟设备 */
    clockid = ptp_clock_open(0);
    if (clockid < 0) {
        printf("Unable open ptp clock\n");
        exit(1);
    }

    /* 获取设备属性 */
    ret = ptp_clock_getcaphash(clockid, &caps);
    if (ret < 0) {
        printf("Unable retrieve clock capabilities from the PTP clock\n");
        exit(1);
    }

    /* 打开udp套接字 */
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd < 0) {
        printf("Unable to create socket\n");
        exit(1);
    }

    memset(&addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(319);
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 接收所有网卡上面的时钟包 */

    /* 绑定地址 */
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        printf("Unable to bind socket\n");\
        close(sockfd);
        exit(1);
    }

    /* 接收PTP包 */
    while (1) {
        timeout.tv_sec = 5;
        timeout.tv_nsec = 0;
        memcpy(&from, &addr, sizeof(struct sockaddr_in));
        memset(&buf, 0, sizeof(buf));
        ret = ptp_clock_get_rxts(clockid, &from, &rx_time, &tsret);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable receive PTP packet\n");
            continue;
        }

        printf("Received PTP packet\n");
        ret = ptp_clock_gettime(clockid, &tx_time);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable get PTP clock\n");
            continue;
        }

        printf("Send PTP packet\n");
        ret = ptp_clock_sendto(clockid, &addr, TX_TYPES, &tx_time);
        if (ret < 0) {
            printf("Unable send PTP packet\n");
        }
    }
    /* 关闭时钟设备和socket */
    ptp_clock_close(clockid);
    close(sockfd);

    return 0;
}