ISIS协议原理-工作原理-配置-路由计算-与OSPF差异

IS-IS协议

一、ISIS历史起源

OSPF协议的缺点

• OSPF初次运行时，泛洪LSA，会造成网络震荡，设备开销过大
• 骨干区域和边界路由器(ABR)等路由器性能消耗过大
• OSPF扩展性差
• OSPF的承载大量路由条目的能力较差(LSA信息大)

1.早期IS-IS是基于OSI七层模型的CLNP协议开发，为了支持IP网络，设计了集成化的IS-IS

2.集成化IS-IS是基于数据链路层的，同时支持多种上层网络协议(IPv4、IPv6、CLNP)

二、应用场景

ISIS现应用于大型网络或者运营商网络

OSPF现应用于中大型网络或者企业网络、园区网络等场景

ISIS的简便性和扩展性强

• 扩展性强是因为ISIS协议报文基于TLV结构(Type+Length+Value)

  

1.园区网：

• OSPF协议

  • 收敛速度快
  • 丰富的网络类型支持多样化的业务
  • 采用层次化架构组网设备性能差异较大

• 使用设备：三层交换机+路由器+防火墙

2.骨干网：

• IS-IS协议

  • 收敛速度快
  • 承载能力强
  • 采用扁平化架构组网，设备性能差异不大

• 使用设备：路由器(基本都是)

SPF

1. FULL-SPF算法：设备一开始还原拓扑时执行
2. I-SPF(增量)算法：但设备结点发生变化时执行
3. PRC(部分路由计算)算法：但设备的叶子信息发生变化时执行，IS-IS对于PRC的算法支持更好(支持了路由的拓扑的分离，而OSPF不支持)

三、IS-IS工作流程

1.建立邻居关系

• IS-IS只存在邻居关系，没有邻接关系
• 存在两种邻居关系
  • L2邻居关系
  • L1邻居关系

2.同步数据库

• 数据库存放LSP(Link State PDU：链路状态协议单元)(类似OSPF的LSA)
• 不同网络类型数据库同步过程不一样

3.执行SPF算法

4.计算最优路由放入路由表

四、地址结构

ISIS使用NSAP地址通信，初期是为了承载OSI系统的CLNP协议的shiy通信，为了适应TCP/IP协议栈，修改了NSAP地址的内容(变为NET地址)，使得可以承载在IP协议之上工作

ISIS在TCP/IP协议栈下采用NET地址，NET地址是一个特殊的NSAP(NSAP地址中 字段SEL=00，为NET地址)

1.NSAP地址时OSI协议栈中网络层使用的地址

2.IS-IS利用特殊的NSAP地址来表示 区域ID+系统ID

3.NSAP = IDP(网络位) + DSP(主机位)

• IDP = AFI + IDI
• DSP = High Order DSP + System ID + SEL
  • High Order DSP：可扩展字段，可以用来支持IPv6地址

4.IS-IS采用NET地址（特殊的NSAP）地址：

• area ID + System ID + SEL
• area ID：1~13B
• system ID：6B
  • 唯一标识一台IS-IS路由器
  • 每台设备只能有一个(类似router-id)
• SEL：1B

system ID长度固定，area ID长度可变

5.配置IS-IS的NET地址：

• 49.0001.0000.0000.0001.00
  • area id：49.0001
  • system id：0000.0000.0001
  • SEL：00(表示支持IP网络)

五、路由器类型

1.Level-1路由器

• 只创建L1区域的数据库
• 只能于L1和L1-2设备建立邻居关系
• 只有L1区域的明细路由

2.Level-2路由器

• 只创建L2区域的数据库

• 只能与L2和L1-2设备建立邻居关系

• 拥有所有区域的明细路由

3.Level-1-2路由器(默认类型)

类似OSPF的ABR设备

• 创建L1和L2数据库
• 可以和所有设备类型建立邻居关系
• 拥有所有区域的明细路由
• 会将L1区域的路由自动填充到L2区域中

六、区域划分

IS-IS基于路由器进行划分区域

1.骨干区域(level 2区域)

• 由L2设备和L1-2设备组成
• 拥有所有区域的明细路由
• 区域ID可以不一致

2.非骨干区域(level 1区域)

• 由L1设备和L1-2设备组成
• 拥有自身区域的明细路由
• 通过指向L1-2设备的默认路由进行访问
• 区域ID必须一致

如果出现骨干区域被分割，没有修复方案

七、IS-IS的配置

基本配置

//isis进程下配置：
isis 1		//激活isis进程
network-entity 49.0001.0000.0000.0001.00	//指定区域ID+系统ID
is-level level x(1/2)		//设置路由器类型

//接口下配置
interface g0/0/0
isis enable 1		//宣告接口

检查命令

display ip routing-table		//检查路由表
display isis interface			//查看宣告进isis的接口
display isis lsdb		//检查数据库
display isis peer		//检查邻居关系

可选配置

interface g0/0/0
isis circuit-level level-1		//设置接口只发送L1报文
##接口视图下
isis dis-priority xxx(1-127)	//配置端口DIS优先级
isis cost 20		//直接修改接口开销
isis circuit-type P2P		//修改接口网络类型为P2P
##isis进程下配置
import-route ospf/direct/static... 	//引入外部路由
auto-cost enable	//修改开销计算方式为自动计算

八、网络类型

P2P网络

• 底层链路为串行链路时，默认为P2P网络类型(不选举DIS)
• 底层数据链路层为FR(帧中继网络，在该网络中，中心结点需要手动创建子接口)，默认为P2P网络类型

MA网络

• 底层链路为以太网链路时，默认为MA网络(E选举DIS)

##查看命令
display isis brief

网络类型不同，建立的邻居关系不同

P2P：支持2-way/3-way建立邻居关系，默认3-way

MA：只支持3-way建立邻居关系

九、DIS

• 作用：

  • 在描述拓扑时，充当伪节点
  • 在MA网络类型下，进行数据库同步

• 选举规则：

  • 先比较优先级(范围0~127，默认64，越大越优，优先级为0正常参与选举)
  • 优先级相同，再比较接口的MAC地址(越大越优)

• 与OSPF DR的区别：

  • DIS选举完成后可以抢占，DR选举完成后不可被抢占
    • IS-IS只有邻居关系
  • 选举规则不一样：DR优先级为0不能参与选举，优先级范围不同
  • 没有备份机制：没有BDR
  • 选举时间不同：DIS为20s

circuit id：标识MA网络中的伪节点，格式DIS-system ID + 一个1byte的非00字段

十、IS-IS的报文

ISIS报文基于数据链路层

1.hello报文

• 在不同网络类型下，发送不同的HELLO报文

  • P2P：P2P IIH报文
  • MA:
    • L1 LAN IIH报文(01-8-c2-00-00-14)
    • L2 LAN IIH报文(01-8-c2-00-00-15)

• 作用：

  • 发现邻居(组播发送报文)
  • 用于建立邻居关系(协商参数)
  • 维护邻居(周期发送 10s发送一次，30s超时时间)

• 修改网络类型

  interface g0/0/0
  isis circuit-type P2P		//修改接口网络类型为P2P
  

• 影响邻居关系建立的因素

  1. 网络类型
     • P2P不选举DIS，MA选举DIS
  2. 路由器类型
     • L1和L2无法建立邻居关系，L1和L2建立邻居关系发送hello报文使用的组播不同
     • L1-2与L1-2可以建立邻居关系，L1-2使用两种组播地址发送hello报文
     • L1-2与L2或L1可以建立邻居关系
  3. 区域ID(level 1区域必须唯一)
  4. System id(必须唯一)
  5. 认证信息
  6. 最大区域数要一致
     • 一台设备可以配置多个area id(3个)
     • 用于平滑过度(在不影响数据传输和路由表条目的情况下，实现对网络拓扑的修改)
  7. MTU必须一致(报文中的PDU length体现)
     • MA网络每一份HELLO报文都会进行padding填充
     • P2P网络只填充一份
  8. MA网络中互联接口在同一网段，P2P中互联接口不需要在同一网段
     • hello报文中不携带掩码

hello报文的作用：发现、协商、维护ISIS的邻居关系

3*hello时间=holding time(类似OSPF dead time)

2.LSP报文

用于携带IS-IS的路由和拓扑信息

1.根据作用分类

• 实节点LSP

  • 每台设备为每个区域产生一条
  • 描述设备自身的接口，邻居等链路状态信息

• 伪节点LSP

  • 每个DIS设备为每个MA网络产生一条
  • 只携带MA网络的拓扑信息

2.根据传递范围分类

• L2 LSP
  • 只在L2区域传递
  • 由L2、L1-2设备产生
• L1 LSP
  • 只在L1区域传递
  • 由L1、L1-2设备产生

3.LSP ID是唯一标识一条LSP

• system id + 伪节点标识符 + 分片标识符

  • 伪节点标识符为00----------- 实节点LSP
  • 伪节点标识符非00-----------伪节点LSP（只在广播链路存在）

4.LSP的组成：头部+内容

• LSP头部：

  

  1. LSP ID
  2. seq Num （0x0000001-0xFFFFFFFF 越大越优)
  3. checksum（越大越优)
  4. holdtime
     • LSP的生存时间1200s(1200s~0s)
     • 当时间经过900s后，会进行周期更新
  5. flag位

• LSP内容

  

3.CSNP/PSNP报文

CSNP：完全序列号报文

• 携带所有LSP头部(摘要)的信息
• 作用：描述数据库

类似OSPF的DD报文

PSNP：部分序列号报文

• 携带部分LSP头部的信息
• 用于请求、确认收到LSP

类似OSPF的LSR，LS ACK报文

十一、邻居建立过程

• P2P网络类型存在两次握手和三次握手建立邻居关系

  • 两次握手(2-way)

    • 收到对方的hello报文后，进入UP状态
    • 特点：快，可靠性不高，容易出现单通故障；

  

  • 三次握手(3-way)
    • 收到对方的hello报文，邻居列表包含自身的system id，则从init状态进入up状态

• MA网络只存在三次握手建立邻居关系

  • 三次握手
    • 收到对方的hello报文，邻居列表包含自身接口的MAC地址

• P2P默认为三次握手，可修改

  • interface s1/0/0
    isis ppp-negotiation 3-way only		//只支持三次握手机制(only：只支持)
    

为什么只有P2P的网络类型支持2-way?

• 由底层的PPP协议提供一定的可靠性保障，而以太网协议不行

十二、数据库同步过程

1.P2P网络类型同步过程

1.设备交互CSNP报文描述数据库

2.比较自身数据库，如果发现缺少的LSP，则发送PSNP报文进行请求

3.根据PSNP报文携带的LSP头部信息，回应LSP报文

4.设备收到LSP报文后会回复PSNP报文进行确认

2.MA网络类型同步过程

1.MA网络下所有设备向外发送LSP

2.选举DIS设备，由DIS设备进行周期(10s)发送CSNP报文

3.设备收到CSNP报文，对比自身数据库

• 发现自身缺少的LSP，发送PSNP请求，由DIS进行回应对应的LSP

• 发现DIS设备缺少自身的LSP，则直接发送LSP报文给DIS设备

3.P2P和MA网络同步过程的区别

• CSNP报文在P2P网络中只发送一次，在MA网络由DIS设备10s发送一次
• MA网络没有确认机制，由DIS来保证数据库同步
• P2P网络类型没有收到PSNP确认，会每5s重新传递LSP，直到收到PSNP确认为止

十三、路由计算

• IS-IS计算开销时，基于接口计算开销：

• 每个接口开销默认为10，可修改

• 可以在进程下，修改开销的计算方式为自动计算；

  • 根据带宽计算

  • 需要每一台设备配置

    • 接口视图下配置
      interface g0/0/1
      isis cost 20		//直接修改接口开销
      

    • //isis进程下配置
      isis 1
      auto-cost enable	//修改开销计算方式为自动计算
      

• IS-IS的路由优先级为15

• IS-IS引入路由后，该路由开销值为64

十四、区域间路由

• L1设备访问其他区域时，需要根据L1-2设备发送的ATT置位LSP产生的默认路由访问

  • 默认路由由L1设备自身产生(而不是L1-2设备发送默认路由给L1设备)
  • ATT置位的LSP，需要满足三个条件：
    • 设备类型为L1-2路由器
    • 存在L1的邻居关系和L2的邻居关系
    • 与L2的邻居区域ID必须

• 路由渗透

  

  • 解决次优路径*（图）

  • 在L1-2设备上操作

  • isis 1
    import-route isis level-2 into level-1	//将level-2的路由渗透进level-1区域
    

十五、ISIS与OSPF的对比