IS-IS协议

一、什么是IS-IS协议？

IS-IS最初是国际标准化组织ISO（the International Organization for Standardization）为它的无连接网络协议CLNP（ConnectionLess Network Protocol）设计的一种动态路由协议。

为了提供对IP的路由支持，IETF在RFC1195中对IS-IS进行了扩充和修改，使它能够同时应用在TCP/IP和OSI环境中，称为集成化IS-IS（Integrated IS-IS），后面如果没有特别说明，提到的IS-IS都是指集成IS-IS。

IS-IS属于内部网关协议，用于自治系统内部。IS-IS是一种链路状态协议，使用最短路径优先算法进行路由计算。

二、IS-IS应用场景

1、园区网特点：

@应用型网络，主要面向企业网用户。

@路由器数量偏少，动态路由的LSDB库容量相对偏少，三层路由域相对偏少。

@有出口路由的概念，对内部外部路由划分敏感。

@地域性跨度不大，带宽充足，链路状态协议开销对带宽占用比偏少。

@路由策略和策略路由应用频繁多变，需要精细化的路由操作。

@OSPF的多路由类型（内部/外部），多区域类型（骨干/普通/特殊），开销规则优良（根据带宽设定），网络类型多样（最多五种类型）的特点在园区网得到了极大的发挥。

2、骨干网特点：

@服务型网络，由ISP（互联网服务提供商）组建，并为终端用户提供互联服务。

@路由调度占据绝对统治地位，路由器数量庞大。

@架构层面扁平化，要求IGP作为基础路由为上层BGP协议服务。

@LSDB规模宏大，对链路收敛极度敏感，线路费用高昂。

@追求简单高效，扩展性高，满足各种客户业务需求（IPV6/IPX）。

@IS-IS的快速算法（PRC得到加强），简便报文结构（TLV），快速邻居关系建立，大容量路由传递（基于二层开销低）等一系列特点在骨干网有着天然的优势。

三、历史起源

四、路由计算过程

1、邻居关系建立：邻居关系建立主要是通过HELLO包交互并协商各种参数，包括电路类型（level1/level-2），Hold time，网络类型，支持协议，区域号，系统ID，PDU长度，接口IP等

2、链路信息交换：与OSPF不同，ISIS交互链路状态的基本载体不是LSA（link state advertisement），而是LSP（link state PDU）；交互的过程没有OSPF协议那样经历了多个阶段，主要是通过CSNP和PSNP两种协议报文来同步，请求以及确认链路状态信息（承载的是链路状态信息摘要），而链路状态信息的详细拓扑和路由信息是由LSP报文传递。

3、路由计算：SPF计算和OSPF基本一样的，但ISIS算法分离了拓扑结构和IP网段，加快了网络收敛速度。

五、地址结构

NSAP地址：

IDP相当于IP地址中的主网络号。它是由ISO规定，并由AFI与IDI两部分组成。AFI表示地址分配机构和地址格式，IDI用来标识域。DSP相当于IP地址中的子网号和主机地址。它由High Order DSP、System ID和SEL三个部分组成。High Order DSP用来分割区域，System ID用来区分主机，SEL用来指示服务类型。

Area Address（Area ID）由IDP和DSP中的High Order DSP组成，既能够标识路由域，也能够标识路由域中的区域。因此，它们一起被称为区域地址，相当于OSPF中的区域编号。

System ID用来在区域内唯一标识主机或路由器。在设备的实现中，它的长度固定为48bit（6字节）。

SEL的作用类似IP中的“协议标识符”，不同的传输协议对应不同的SEL。在IP上SEL均为00。

NET：

网络实体名称NET指的是设备本身的网络层信息，可以看作是一类特殊的NSAP（SEL＝00），NET的长度与NSAP的相同，最多为20个字节，最少为8个字节。在路由器上配置IS-IS时，只需要考虑NET即可，NSAP可不必去关注。

在配置IS-IS过程中，NET最多也只能配3个。在配置多个NET时，必须保证它们的System ID都相同。

六、路由分类

Level-1路由器：

    Level-1只能与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻居关系，只负责维护Level-1的链路状态数据库，该LSDB包含本区域内的路由信息，到本区域外的报文转发给最近的Level-1-2路由器。Level-1路由器只可能建立Level-1的邻接关系。

Level-2路由器：

    Level-2路由器负责区域间的路由，它可以与相同或者不同区域的Level-2路由器或者不同区域的Level-1-2路由器形成邻居关系。Level-2路由器维护一个Level-2的LSDB，该LSDB包含区域间的路由信息。Level-2路由器只可能建立Level-2的邻接关系。

Level-1-2路由器：

    同时属于Level-1和Level-2的路由器称为Level-1-2路由器。Level-1-2路由器维护两个LSDB，Level-1的LSDB用于区域内路由，Level-2的LSDB用于区域间路由。

Level-1-2路由器可以与同一区域的Level-1形成Level-1邻居关系，也可以与其他区域的Level-2和Level-1-2路由器形成Level-2的邻居关系。

不同区域间，只能建立Level-2的邻接关系：

    Level-2路由器可以与Level-2路由器建立邻接关系。

    Level-1-2路由器可以与Level-2路由器建立邻接关系。

    Level-1-2路由器可以与Level-1-2路由器建立邻接关系。

七、邻居HELLO报文

1、HELLO PDU（Hello protocol data unit）：

@HELLO报文的作用是邻居发现，协商参数并建立邻居关系，后期充当保活报文。

@IS-IS建立邻居关系和OSPF一样，通过hello报文的交互来完成。但是会根据场景分为三种类型的hello报文。

@广播网中的Level-1 IS-IS使用Level-1 LAN IIH（Level-1 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0014。

@广播网中的Level-2 IS-IS使用Level-2 LAN IIH（Level-2 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0015。

@非广播网络中则使用P2P IIH（point to point IS-IS Hello）。但是其没有表示DIS（虚节点）的相关字段。

@IIH报文需要通过填充字段用于邻居两端协商发送报文的大小。

2、IS-IS支持的网络类型：

  @点对点网络类型（P2P）。

  @广播多路访问网络类型（Broadcast Multiple Access）。

  @在帧中继等特殊环境下，可以通过创建子接口支持P2P的网络类型。

八、邻接关系的建立

 

在P2P链路上，分为两次握手机制和三次握手机制。

@两次握手只要路由器收到对端发来的Hello报文，就单方面宣布邻居为up状态，建立邻居关系，不过容易存在单通风险。

@通过三次发送P2P的IS-IS Hello PDU最终建立起邻居关系，与广播链路邻居关系的建立情况相同。

在广播链路上，使用LAN IIH报文执行三次握手建立邻居关系。

@当收到邻居发送的Hello PDU报文里面没有自己的system ID的时候，状态机进入initialized。

@只有收到邻居发过来的Hello PDU有自己的system ID才会up，排除了链路单通的风险。

@广播网络中邻居up后会选举DIS(虚节点)，DIS的功能类似OSPF的DR(指定路由器)。

九、DIS

DIS与伪节点：

@DIS是指指定中间系统（Designated IS）。

@伪节点是指在广播网络中由DIS创建的虚拟路由器。

DIS的特点：

@在广播网络，需要选举DIS，所以在邻居关系建立后，路由器会等待两个Hello报文间隔再进行DIS的选举。Hello报文中包含Priority 字段，Priority值最大的将被选举为该广播网的DIS。若优先级相同，接口@MAC地址较大的被选举为DIS。IS-IS中DIS发送Hello时间间隔默认为10/3秒，而其他非DIS路由器发送Hello间隔为10秒。

DIS与DR的类比：

@选举时优选级的比较，DIS的优先级为0也可以参与选举。OSPF中优先级为0不参与选举DR。

@选举的过程需要一定的时间，OSPF选举DR/BDR需要waiting time达40秒，过程也较为复杂，而ISIS选举DIS等待两个Hello报文间隔就可以，简单快捷。

@选举结果ISIS只有一个DIS，但是OSPF除了有DR，还有一个BDR用做备份。

@选举结束后，后期有新的Router加入到链路进来，如果优先级比DIS高是可抢占的，但是DR是不可抢占的。

@选举完成后，ISIS网络链路内所有的路由器之间都建立的是邻接关系。OSPF中DRothers只与DR/BDR形成full邻接关系，DRothers之间只有2-way的关系。

关于DIS和DR的作用：

@进行SPF计算时，都把它当成虚节点，简化MA网络的逻辑拓扑（相同点）。

@都是为了减少LSP/LSA的泛洪（相同点）。

@在ISIS中还可以由DIS发送CSNP来同步链路的LSDB（ISIS扩展作用）。

十、链路状态信息的载体

ISIS TLV：

@TLV的含义是：类型（TYPE），长度（LENGTH），值（VALUE）。实际上是一个数据结构，这个结构包含了这三个字段。

@使用TLV结构构建报文的好处是灵活性和扩展性好。采用TLV使得报文的整体结构固定，增加新特点只需要增加新TLV即可。不需要改变整个报文的整体结构。

@网络拓扑结构和路由信息用TLV结构表现使得报文的灵活性和扩展性得到了极大的发挥。

LSP PDU（Link State Protocol PDU）：

@LSP类似于OSPF的LSA，承载的是链路状态信息，包含了拓扑结构和网络号。

@Level-1 LSP由Level-1 路由器传送。

@Level-2 LSP由Level-2 路由器传送。

@Level-1-2 路由器则可传送以上两种LSP。

@LSP 报文中包含了两个重要字段是ATT字段、IS-Type字段。其中ATT字段用于标识该路由是L1/L2路由器发送的，IS-Type用来指明生成此LSP的IS-IS类型是Level-1还是Level-2 IS-IS。

@LSP的刷新间隔为15分钟；老化时间为20分钟。但是一条LSP的老化除了要等待20分钟外，还要等待60秒的零老化时延；LSP重传时间为5秒。

SNP PDU（Sequence Number PDU）：

@CSNP（Complete Sequence Number PDU）包括LSDB中所有LSP的摘要信息，从而可以在相邻路由器间保持LSDB的同步。

@PSNP（Partial Sequence Number PDU）包含部分LSDB中的LSP摘要信息，能够对LSP进行请求和确认。

@CSNP 类似于OSPF的DD报文传递的是LSDB里所有链路信息摘要。PSNP类似于OSPF的LSR或LSAck报文用于请求和确认部分链路信息。

十一、链路状态信息的交互

P2P网络LSDB同步过程：

@建立邻居关系之后，RTA与RTB会先发送CSNP给对端设备。如果对端的LSDB与CSNP没有同步，则发送PSNP请求索取相应的LSP。

@假定RTB向RTA索取相应的LSP，此时向RTA发送PSNP。RTA发送RTB请求的LSP的同时启动LSP重传定时器，并等待RTB发送PSNP作为收到LSP的确认。

@如果在接口LSP重传定时器超时后，RTA还没有收到RTB发送的PSNP报文作为应答，则重新发送该LSP直至收到RTB的PSNP报文作为确认。

MA网络中新加入的路由器与DIS 的LSDB同步交互过程：

@假设新加入的路由器RTC已经与RTB（DIS）和RTA建立了邻居关系。

@建立邻居关系之后，RTC将自己的LSP发往组播地址（Level-1：01-80-C2-00-00-14；Level-2：01-80-C2-00-00-15）。这样网络上所有的邻居都将收到该LSP。

@该网段中的DIS会把收到RTC的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时（DIS每隔10秒发送CSNP报文）并发送CSNP 报文，进行该网络内的LSDB同步。

@RTC收到DIS发来的CSNP报文，对比自己的LSDB数据库，然后向DIS发送PSNP报文请求自己没有的LSP（如RTA和RTB的LSP就没有）。

@RTB作为DIS收到该PSNP报文请求后向RTC发送对应的LSP进行LSDB 的同步。

十二、路由计算

IS-IS的计算特点：

@在本区域内路由器第一次启动的时候执行的是Full-SPF算法。

@后续收到的LSP更新，如果是部分拓扑的变化执行的iSPF计算。

@如果只是路由信息的变化，执行的就是PRC计算。

@由于采用拓扑与网络分离的算法，路由收敛速度得到了加强。

ISIS路由计算的开销方式：

@Narrow模式（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围为1～63）。

@Wide模式（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围是1～16777215）。

@进程下加入auto-cost enable命令，Narrow模式和Wide模式都会参考接口带宽大小计算开销值，只是参考准则有少许差异。

十三、网络分层路由域

IS-IS整体拓扑：

@为了支持大规模的路由网络，IS-IS在自治系统内采用骨干区域与非骨干区域两级的分层结构。一般来说，将Level-1路由器部署在非骨干区域，Level-2路由器和Level-1-2路由器部署在骨干区域。每一个非骨干区域都通过Level-1-2路由器与骨干区域相连。

@拓扑中为一个运行IS-IS协议的网络，它与OSPF的多区域网络拓扑结构非常相似。整个骨干区域不仅包括Level-2的所有路由器，还包括Level-1-2路由器。

@Level-1-2级别的路由器可以属于不同的区域，在Level-1区域，维护Level-1的LSDB，在Level-2区域，维护Level-2的LSDB。

拓扑所体现的IS-IS与OSPF不同点：

@在OSPF中，每个链路只属于一个区域；而在IS-IS中，每个链路可以属于不同的区域；

@在IS-IS中，单个区域没有物理的骨干与非骨干区域的概念；而在OSPF中，Area0被定义为骨干区域；

@在IS-IS中，Level-1和Level-2级别的路由器分别采用SPF算法，分别生成最短路径树SPT；在OSPF中，只有在同一个区域内才使用SPF算法，区域之间的路由需要通过骨干区域来转发。

十四、区域间路由

Level-1路由器的路由特点：

@只拥有Level-1的链路状态数据库。

@其链路状态数据库中只有本区域路由器LSP。

@其路由表里没有其他区域的路由信息。

@其路由表里都有一条默认路由，下一条是指向到Level-1-2路由器。

Level-2路由器的路由特点：

@Level-2路由器只有Level-2的链路状态数据库。

@其LSDB中有骨干区域路由器的LSP，但是没有Level-1路由器产生的LSP。

@路由表里面有整个网络的路由信息。

Level-1-2路由器的路由特点：

@Level-1-2路由器同时拥有Level-2和Level-1的链路状态数据库。

@Level-1数据库包含本区域的LSP，Level-2数据库包含骨干区域LSP。

@在自己产生的Level-1的LSP中设置了ATT比特位为1。

@路由表里面有整个网络的路由信息。

十五、IS-IS协议和OSPF协议的区别

网络类型和开销方式：

@IS-IS协议只支持两种网络类型，且所有带宽默认开销值都是一样的，OSPF协议支持四种网络类型，且会根据不同的带宽设定相应的开销值，对帧中继，按需链路等网络类型有很好的支持。

区域类型：

@IS-IS协议分L1/L2区域，L2区域是骨干区域有全部明细路由。L1去往L2只有默认路由。OSPF协议分骨干区域，普通区域，特殊区域。普通区域和特殊区域跨区域访问需要经过骨干区域。

报文类型：

@IS-IS协议路由承载报文类型只有LSP报文且里面路由信息是不区分内部与外部的，简单高效，无需递归计算。OSPF协议路由承载报文LSA类型多样，有1/2/3/4/5/7类等。路由级别等级森严，且需要递归计算，适合精细化调度计算。

路由算法：

@ISIS协议区域内某个节点上的网段发生变化时，触发的是PRC算法，收敛比较快，计算路由的报文开销也比较小。OSPF协议由于网络地址参与了拓扑的构建，在区域内当网段地址改变触发的是i-spf算法，相对来说过程繁琐复杂些。

扩展性：

@ISIS协议任何路由信息都使用TLV传递，结构简单，易于扩展，如对IPv6的支持只增加2个TLV就解决了。且ISIS本身对IPX等协议是支持的。OSPF协议本身是为IP特定开发的，支持IPv4和IPv6的OSPF协议是两个独立的版本（OSPFv2和OSPFv3）。

十六、IS-IS应用场景配置

NET地址编号：

@RTA：49.0001.0000.0000.0001.00

@RTB：49.0001.0000.0000.0002.00

@RTC：49.0001.0000.0000.0003.00

@RTD：49.0002.0000.0000.0004.00

@RTE：49.0002.0000.0000.0005.00

区域内配置思路：

@区域49.0001的业务配置：

@每台router进入IS-IS进程100配置网络实体名称NET。

@RTA在ISIS进程下配置router的level级别为level-1。RTB和RTC默认为level-1-2不用修改。

@RTA，RTB和RTC在接口下启用ISIS协议。

@RTA的链路接口修改其DIS的优先级为最高，让其成为DIS。

区域内配置思路：

@区域49.0002的业务配置：

@每台router进入进程100配置网络实体名称NET。

@RTD和RTE在ISIS进程下配置router的level级别的level-2。

@RTD和RTE在接口下启用ISIS协议。

@RTD和RTE在接口修改网络类型为P2P。

区域间配置思路：

@进入配level-1-2路由器RTB，RTC的ISIS进程配置好网络实体名称NET。

@进入链路接口，启用ISIS协议。

@进入路由器RTE引入直连链路。

@路由渗透：

@如果一个level-1区域有两个以上Level-1-2路由器，则区域内Level-1路由器访问其他区域会选择最近的Level-1-2路由器，但是计算的开销值只计算本区域内的，如果最近的Level-1-2路由器在Level-2区域到达目的网络的开销相对比较大，实际会造成业务次优路径。在这种场景下需要做路由渗透操作，把Level-2区域的明细路由（包括开销）引入到Level-1区域，由Level-1路由器自行计算选择最优的路径访问跨区域网络。

@本实例要求走最优的路径到达区域49.0002，由于RTB连接RTD的链路带宽相对比较大，作用最好让数据流走RTB。可分别在RTB和RTC的ISIS进程下引入level-2的路由到level-1。由RTA的LSDB里面掌握level-2所有的明细路由，就可以选择最优的路径到达区域49.0002。