深入剖析 IS-IS 协议：SPF 计算、LSP 结构与区域间通信

目录

深入剖析 IS-IS 协议：SPF 计算、LSP 结构与区域间通信

一、IS - IS 基础概念

二、SPF 计算

（一）计算过程示例

三、LSP 结构

四、区域间计算

（一）骨干区域访问非骨干区域

（二）非骨干区域访问骨干区域

五、总结

---

在网络技术的广袤领域中，中间系统到中间系统（IS - IS）协议作为内部网关协议（IGP）的重要一员，在构建和维护高效稳定的网络拓扑方面发挥着关键作用。本文将深入探讨 IS - IS 协议中的 SPF 计算、LSP 结构以及区域间计算机制，并通过实际代码示例辅助理解，帮助读者全面掌握这一重要协议。

一、IS - IS 基础概念

IS - IS 是一种链路状态路由协议，与 OSPF 协议有诸多相似之处，但也存在独特的设计。它将网络划分为不同的区域，通过链路状态信息的交换和 SPF 算法的计算，构建出网络拓扑结构，并据此生成路由表。

二、SPF 计算

SPF（Shortest Path First）算法，即最短路径优先算法，是 IS - IS 协议计算路由的核心算法。以自身为根节点，通过构建 SPF 树来确定到其他节点的最短路径。

（一）计算过程示例

假设有如图 1 所示的网络拓扑，包含 4 台路由器 R1、R2、R3 和 R4。

# 在路由器R1上配置接口IP及IS - IS进程
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 1.1.1.1 24
 isis enable 1
# 在路由器R2上配置接口IP及IS - IS进程
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 2.2.2.2 24
 isis enable 1
# 在路由器R3上配置接口IP及IS - IS进程
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 3.3.3.3 24
 isis enable 1
# 在路由器R4上配置接口IP及IS - IS进程
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 4.4.4.4 24
 isis enable 1

路由器之间建立 IS - IS 邻居关系后，会交互链路状态数据库（LSDB）。以 R1 为例，在构建 SPF 树时，首先查看自身产生的 LSP，识别自身连接的邻居及链路开销等信息。假设 R1 与 R2 通过 P2P 链路相连，开销为 10 。接着查看 R2 产生的 LSP，获取 R2 连接的邻居及链路信息。若 R2 与 R3、R4 也有连接，R1 据此扩展 SPF 树，直至包含所有可达节点。通过这种方式，R1 能够计算出到其他路由器的最短路径，如到 R4 的路径可能经过 R2，计算出的开销为相应链路开销之和。

三、LSP 结构

链路状态协议（LSP）是 IS - IS 协议中承载链路状态信息的关键数据结构，其包含丰富的网络拓扑信息，用于路由器之间的信息交换。

字段	描述
头部信息	包含序列号、检验和、生存时间等，用于标识和管理 LSP
原节点系统	产生该 LSP 的路由器标识，用于确定 LSP 的来源
尾节点标识	标识连接的邻居类型及状态，尾节点标识为 0 表示连接 P2P 邻居，非 0 时可能表示连接广播网邻居（如伪节点）
协议支持	指示 LSP 中携带的协议信息，如 IPv4
区号	产生该 LSP 的路由器所在区域号
接口 IP 地址	产生该 LSP 的路由器启用 IS - IS 协议的接口 IP 地址
邻居 ID	连接的邻居路由器 ID
Cost	到达邻居的开销值
IP 前缀信息	描述自身直连网络号、掩码及到达目的网络的 Cost 等信息

通过查看 LSP 信息，路由器可以获取网络拓扑结构，为 SPF 算法计算提供数据支持。在上述网络拓扑中，路由器产生的 LSP 会包含自身接口 IP、连接邻居、链路开销及直连网络等信息，帮助其他路由器构建完整的网络拓扑。

四、区域间计算

IS - IS 协议支持多区域划分，区域间的通信机制保证了不同区域间的互联互通。在多区域 IS - IS 网络中，骨干区域由连续的 Level - 2 路由器组成，非骨干区域通过 Level - 1 - 2 路由器与骨干区域相连。

（一）骨干区域访问非骨干区域

Level - 1 - 2 路由器会将 Level - 1 的路由以叶子形式放入自身产生的 Level - 2 的 LSP 中。假设如图 2 所示的多区域网络拓扑，R1、R2 和 R3 位于区域 49.0123，R4 位于区域 49.0004，R5 位于区域 49.0005 。

# 在路由器R2上配置为Level - 1 - 2路由器
isis 1
 is-level level-1-2
# 在路由器R3上配置为Level - 1 - 2路由器
isis 1
 is-level level-1-2

R2 作为 Level - 1 - 2 路由器，会将区域 49.0123 内的 Level - 1 路由（如 R1 的环回口路由）放入其 Level - 2 的 LSP 中。R5 作为 Level - 2 路由器，通过接收 R2 和 R3 的 Level - 2 LSP，将这些 Level - 1 路由视为 R2 或 R3 上的叶子信息，从而实现骨干区域对非骨干区域路由的学习。

（二）非骨干区域访问骨干区域

非骨干区域内部的路由器通过缺省路由访问骨干区域。缺省路由的产生机制如下：Level - 1 - 2 路由器在产生的 Level - 1 的 LSP 中将 ATT 比特置位为 1 ，只建立 Level - 1 邻居的路由器根据 ATT 比特为 1 的 LSP，自身产生一条指向该路由器的缺省路由。

# 在路由器R2上配置使能ATT比特控制
isis 1
 advertise-attached-bit

若 R1 为 Level - 1 路由器，当它收到 R2 产生的 ATT 比特为 1 的 Level - 1 LSP 时，会产生一条缺省路由，下一跳指向 R2 。缺省路由的 Cost 为自身去往 LSP 产生者的最短路径的 Cost。

五、总结

IS - IS 协议的 SPF 计算、LSP 结构和区域间计算机制相互协作，共同构建了一个高效、可靠的网络路由体系。深入理解这些机制，对于网络工程师进行网络规划、故障排查和优化具有重要意义。通过本文的介绍和代码示例，希望读者能够对 IS - IS 协议有更深入的认识，并在实际工作中灵活运用。