IS-IS基础（理论篇）

IS-IS的概述

• IS-IS的意思是中间系统到中间系统，是为ISO无连接网络协议CLNP设计的路由选择协议。
• 驱动该提议的观点是，即TCP/IP协议只是一个过渡的协议簇，并且最终会被OSI协议簇代替
• IS-IS只能支持广播链路和点到点链路

IS-IS原理

基本术语：

区域：

• 所有的路由器都完全处在一个区域内部，并且区域的边界是在链路上，而不是在路由器上。
• 一个中间系统可以是一台第1层的路由器（L1）、一台第2层的路由器（L2）或者两种类型皆是的路由器（L1/L2）
• L1路由器类似于OSPF协议中的非骨干内部路由器（特殊区域）
• L2路由器类似于OSPF协议中的骨干路由器
• L1/L2路由器类似于OSPF协议中的ABR（OSPF系统区域边界）路由器。
• 邻接关系
  L1路由器只支持建立L1级别的邻居，并且要求区域ID一致
  L2路由器只支持建立L2级别邻居，不要求区域ID一致
  L1/2路由器既支持L1邻居又支持L2邻居
• 区域间的通信量都必须经过L2区域，以便防止区域间路由选择环路。

• 在一个区域内的每台L1路由器（包括区域内的L1/L2路由器）都会维护一个同样的链路状态数据库。
• 缺省情况下，L1/L2路由器不需要通告L2类型的路由给L1类型的路由器。因此，一台L1路由器无法知晓它自己所在区域之外的目的路由。一个L1区域就相当于OSPF协议中的完全末梢区域。
• 当L1/L2路由器发送它的第1层LSP进入一个区域时，它将通过在LSP中设置一个称为“区域关联位（Attached, ATT）”的二进制位来通知其他L1路由器它可以到达其他的区域。

NSAP（网络服务访问点）

• 是ISO网络层协议报文，相当于TCP/IP中的IP报文
• 在ISO模型中，NSAP用来标识一个抽象的网络层访问服务点，并描述网络地址结构。
• NSAP地址由IDP和DSP组成
  IDP相当于IP地址中的主网络号
  DSP相当于IP地址中的子网号和主机地址
• IDP部分由AFI与IDI组成
  AFI表示地址分配机构和地址格式，IDI用来标识域
• DSP由HODSP、System ID 和SEL三个部分组成
  HODSP用来分隔区域
  System ID用来区分主机
  SEL指示服务类型
• NSAP地址的总长度是可变的，最短为8个字节，最长为20个字节

NET（网络实体名称）

• 主要用于路由计算
• 由区域地址（Area ID)和System ID组成
• 可以看作是特殊的NSAP（SEL为00的NASP）
• 在IP网络中运行IS-IS时，只需配置NET，根据NET地址设备可以获取到Area ID以及System ID

网络类型：

• 广播型子网：和OSPF协议中的定义一样，就是支持多广播的多访问数据链路
• 点到点子网（非广播型子网）：可以是永久链路，也可以是动态链路

IS-IS开销值

• IS-IS使用Cost(开销）作为路由度量值，Cost值越小，则路径越优
• IS-IS接口的Cost在缺省情况下并不与接口宽带相关，无论接口多大，缺省时Cost为10.
• 一条IS-IS路径的Cost等于本路由到达目标网段沿途的所有链路的Cost总和。
• 按照优先级由高到低确认开销值分别是：
  接口开销：为单个接口设置开销
  全局开销：为所有接口设置开销
  自动计算开销：根据接口带宽自动计算开销

IS-IS报文类型：

直接运行在数据链路层

1. IIH报文（Hello报文）
   作用：hello报文用于发现，建立和维护，断开邻居关系
   广播网中，Level-1 路由器 使用 Level-1的hello 报文

广播网中，Level-2 路由器 使用 Level-2 的hello报文

广播网中，Level-1-2 路由器 使用level-1和level-2两种报文

hello报文, 源地址是本设备本接口的MAC地址, 而目的地址是:

如果是Level-1的hello报文 目的组播MAC地址为 01:80:c2:00:00:14

如果是Level-2的hello报文 目的组播MAC地址为 01:80:c2:00:00:15

点到点网络中，则使用P2P IIH

1. LSP PDU报文（链路状态报文）
   作用：用于携带和传输ISIS数据库条目,用于交换链路状态信息
   链路状态PDU -链路状态报文 【类似于OSPF中的LSU-发LSA】

【LSP 链路状态信息，里面包含的网络拓扑和网段信息，类似于OSPF中的LSA】

LSP分为两种，Level-1 LSP、Level-2 LSP

1. SNP PDU报文
   作用：通过描述全部或部分链路数据库中的LSP来同步各LSDB，从而维护LSDB的完整与同步

SNP包括CSNP和PSNP：

进一步又可分为Level-1 CSNP、 Level-2 CSNP、 Level-1 PSNP和Level-2 PSNP

• • CSNP 报文：完全序列号报文

作用：CSNP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。

在广播网络上，CSNP由DIS定期发送（缺省的发送周期为10秒）

在点到点链路上，CSNP只在第一次建立邻接关系时发送

【广播网络中，相当于OSPF中的DD和LSAck 】

【在点到点网络中，相当于OSPF中的DD 】

• • PSNP 报文：部分序列号报文

【 在广播网络中，就类似于OSPF中LSR报文】

【在点到点网络中类似于OSPF中的LSR/LSACK报文】

PSNP报文能够一次对多个LSP进行确认，当发现LSDB不同步时，也用PSNP来请求邻居发送新的LSP

作用：用于请求和确认ISIS数据库中条目信息

DIS与伪节点

• 在广播网络中，IS-IS需要在所有的路由器中选举一个路由器作为DIS（指定路由器），Level-1和Level-2的DIS是分别选举的
• 选举原则：先比较优先级（默认为64），越大越优先；如果优先级一致则比较MAC地址，越大越优先。
• DIS相当于OSPF路由协议中的DR，但是IS-IS中没有备份DIS，而且OSPF中的DR不可抢占，优先级为0的不参与DR选举，但DIS可以抢占，优先级为0也可以参与选举。
• DIS用来创建和更新伪节点，并负责生成伪节点的LSP，用来描述这个网络中有哪些网络设备（包含有支持的网络协议信息，接口类型，接口地址，邻接信息，伪节点ID）
• 伪节点是用来模拟广播网络的一个虚拟节点，并非真实的路由器。在IS-IS中，伪节点用DIS的System ID 和Circuit ID(非0值)标识。

LSDB同步

• IS-IS链路状态报文LSP用于交换链路状态信息。
  LSP分为两种：Level–1 LSP和Level–2 LSP。
  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 ID:由三部分组成，System ID、伪节点ID和LSP分片后的编号。
• ATT（Attachment）：由Level-1-2路由器产生，用来指明始发路由器是否与其它区域相连。
• OL（LSDB Overload，1bit）：过载标志位（当路由器内存不足时，系统自动在发送的LSP报文中设置过载标志位。）。该LSP虽然还会在网络中扩散，但是其它路由器在进行SPF计算时不会考虑这台路由器。
• IS Type(2bit)：生成LSP的路由器的类型。用来指明是Level-1还是Level-2路由器（01表示Level-1，11表示Level-2）。

广播网络中LSP的同步过程

1. 路由器首先发送IIH报文，与广播域中的路由器建立邻接关系。建立邻接关系后，R3等待LSP刷新定时器超时，然后将自己的LSP发往组播地址。这样网络上所有的邻接都将收到该LSP
2. 该网段中的DIS会把收到R3的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时并发送CSNP报文。
3. R3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。
4. DIS收到该PSNP报文请求后向R3发送对应的LSP进行LSDB的同步。

点到点网络中LSP的同步过程

• R1先与R2建立邻接关系。
• 建立邻接关系之后，R1与R2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。
• 假设R2向R1索取相应的LSP。

1. 1. R1发送R2请求的LSP的同时启动LSP重传定时器，并等待R2发送的PSNP作为收到LSP的确认。
   2. 如果在接口LSP重传定时器超时后，R1没有收到R2发送的PSNP报文作为应答。
   3. 则R1重新发送该LSP。
   4. R2收到LSP后，发送PSNP进行确认。

Level-1路由器的路由计算

• R1是Level-1路由器，只维护Level-1 LSDB，该LSDB中包含同属一个区域的R2及R3以及R1自己产生的Level-1 LSP。
• R1根据LSDB中的Level-1 LSP计算出Area 49.0001内的拓扑，以及到达区域内各个网段的路由信息。
• R2及R3作为Area 49.0001内的Level-1-2路由器，会在它们向该区域下发的Level-1 LSP中设置ATT标志位，用于向区域内的Level-1路由器宣布可以通过自己到达其他区域。 R1作为Level-1路由器，会根据该ATT标志位，计算出指向最近的L1/2的默认路由。

Level-1路由器的次优路径的问题

• 缺省情况下，Level-1-2路由器不会将到达其他区域的路由通告本Level-1区域中（因为L1相当于OSPF的特殊区域）。R1和R2收到置位的ATT=1时，会自动各自生成一条默认路由，指向最近的level-1-2路由器。
• 但是如上图所示，R1的默认路由指向R3且开销值为10，但是当R1访问R6时，会默认指向R3（最近的L1/2）走灰色路径的总开销值为80，但明显走红色路径的总开销值为40。此时就产生次优路径了。
• 因此需要通过路由渗透，可以将区域间路由通过Level-1-2路由器传递到Level-1区域，此时Leve-1路由器可以学习到其他区域的详细路由，从而计算出最优路径。

Level-1-2路由器的路由计算

• R2及R3都维护Level-1 LSDB，它们能够通过这些LSDB中的LSP计算出Area 49.0001的路由。
• R2及R3都维护Level-2 LSDB，它们能够通过这些LSDB中的LSP计算出Area 49.0002的路由。
• R2及R3将到达Area 49.0001的路由以Level-2 LSP的形式发送到Area 49.0002。

Level-2路由器的路由计算

• R4及R5作为Level-2路由器，只会维护Level-2 LSDB，它们能够根据该LSDB计算出到达全网各个网段的路由。

ISIS和OSPF的区别

差异性	IS-IS	OSPF
网络类型	少	多
开销方式	复杂	简便
区域类型	少	多
路由报文类型	简单	多样
路由收敛速度	很快	快
扩展性	强	一般
路由负载能力	超强	强
优先级	默认为64	默认为1