golang实现ptp协议

时间：2023-05-15 11:56

PTP（Precision Time Protocol）是一种时间同步协议，它能够在分布式系统中实现子微秒级别的时间同步。在工业自动化、网络通讯等领域，时间同步是非常重要的。PTP协议的实现一直是个热门的话题，而Golang是一种高效的编程语言，其天然的并发特性和良好的内存管理机制，使其成为实现PTP协议的首选语言之一。

PTP协议概述

PTP协议是IEEE标准1588制定的，主要用于网络通讯，在分布式系统中实现网络节点之间的时间同步。PTP协议通过网络精确地同步参考时钟和从时钟间的精度时间信息，使参考时钟和从时钟基本保持一致。

PTP协议主要由两个角色组成，Master时钟和Slave时钟。Master时钟通过网络广播Sync报文，Slave时钟接受Master时钟的Sync报文，并根据Delay Request报文来计算出与Master时钟之间的时延，并通过Follow Up报文来进行时钟和时间的校准。

Golang实现PTP协议

Golang的优点在于编写正确的并发代码非常容易，同时Golang中的内存管理机制也有助于开发人员解决内存泄漏等问题。这些特性对实现PTP协议非常有利。

2.1 PTP协议结构体

PTP协议主要由消息和报文两个部分组成，因此我们可以通过在Golang中定义结构体来表示它们。

对于PTP协议中的消息，我们可以采用以下定义方式：

type Header struct{

   TransportSpecific uint8   Version           uint8   MessageLength     uint16   DomainNumber      uint8   Flags             PTPFlags   CorrectionField   int64   SourcePortIdentity PortIdentity   SequenceID        uint16   ControlField      uint8   LogMessageInterval uint8

}

对于PTP协议中的报文，我们可以采用以下定义方式：

type SyncMessage struct{

   Header Header   OriginTimestamp uint64

}

这是一个Sync报文的定义，其中包含了Header结构体和OriginTimestamp字段。其他的报文也可以类似地定义。

2.2 PTP协议解析和生成

在实现PTP协议的过程中，我们需要对网络数据进行解析和生成。因此，我们需要使用Golang中的二进制包，对网络字节序进行解析和生成。

以Sync报文为例，我们可以定义一个ParseSyncMessage函数，用于解析Sync报文的网络字节序。

func ParseSyncMessage(data []byte) (*SyncMessage, error) {

    msg := new(SyncMessage)    err := binary.Read(bytes.NewReader(data), binary.BigEndian, &msg.Header)    if err != nil {            return nil, err    }    err = binary.Read(bytes.NewReader(data[40:48]), binary.BigEndian, &msg.OriginTimestamp)    if err != nil {            return nil, err    }    return msg, nil

}

该函数从网络数据中读取Header和OriginTimestamp两个字段，并返回一个SyncMessage类型的结构体。其他报文的解析函数可以类似地实现。

对于生成PTP协议的报文，我们可以定义一个函数GenerateSyncMessage，用于生成Sync报文。该函数将Sync报文的各个字段设置为对应的值，最终生成一个网络字节序的Sync报文。

func GenerateSyncMessage() ([]byte, error) {

    msg := new(SyncMessage)    msg.Header.TransportSpecific = 0x80    msg.Header.Version = 2    msg.Header.MessageLength = 44    msg.Header.DomainNumber = 0    msg.Header.ControlField = 0x00    msg.Header.SequenceID = 1    msg.Header.SourcePortIdentity = PortIdentity{0x00, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0xff, 0xfe}    msg.Header.Flags = PTPFlag(0x00)    msg.Header.CorrectionField = 0    msg.OriginTimestamp = uint64(time.Now().UnixNano())    b := new(bytes.Buffer)    err := binary.Write(b, binary.BigEndian, &msg)    if err != nil {            return nil, err    }    return b.Bytes(), nil

}

2.3 PTP协议的网络通讯

PTP协议主要通过网络广播Sync报文进行时钟同步。因此，我们需要使用Golang中的net包实现网络通讯。

以下是向网络广播Sync报文的实现方式：

func BroadCastSyncMessage() error {

    conn, err := net.ListenPacket("udp4", ":319")    if err != nil {            return err    }    defer conn.Close()    for {            b, err := GenerateSyncMessage()            if err != nil {                    return err            }            _, err = conn.WriteTo(b, &net.UDPAddr{IP: net.IPv4(224, 0, 1, 129), Port: 319})            if err != nil {                    return err            }            time.Sleep(time.Second)    }    return nil

}

该函数一直向网络广播Sync报文，每秒广播一次。其他报文的发送方式也可以类似地实现。