07、IS-IS

ISIS基础

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System，中间系统到中间系统）是ISO为它的CLNP

（ConnectionLessNetwork Protocol，无连接网络协议）设计的一种动态路由协议。

为了提供对IP路由的支持，对IS-IS进行了扩充和修改，使它能够同时应用在TCP/IP和OSI（Open System Interconnect，开放式系统互联）环境中，我们将扩展后的IS-IS称为集成IS-IS。

NSAP（Network Service Access Point，网络服务访问点）是OSI协议栈中用于定位资源的地址，类似于TCP/IP模型中的IP地址。

NET

NET（Network Entity Title，网络实体名称）是OSI协议栈中设备的网络层信息，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NSAP）。

NET的长度与NSAP的相同，最长为20Byte，最短为8Byte。

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。

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  • SEL：长度固定1Byte，00表示支持TCP/IP协议
  • System ID：长度固定6Byte，唯一标识一台路由器。与OSPF了Router ID类似。
  • Area ID：长度不固定，称为区域地址，相当于OSPF中的区域编号。

从有往左读NET地址比较好。

NET的配置举例

每台运行IS-IS的网络设备至少需拥有一个NET，当然，一台设备也可以同时配置多个NET，但是这些NET的System ID必须相同。

在一个IS-IS路由域中，设备的System ID必须唯一，为了便于管理，一般根据Router ID配置System ID。

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扩展为3位：在前面加上若干个0。

IS-IS区域划分

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：

  • 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。

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IS-IS与OSPF的不同点：

  1. 在IS-IS中，每个路由器都只属于一个区域；而在OSPF中，一个路由器的不同接口可以属于不同的区域。
  2. 在IS-IS中，单个区域没有骨干与非骨干区域的概念；而在OSPF中，Area0被定义为骨干区域。
  3. 在IS-IS中，Level-1和Level-2级别的路由都采用SPF算法，分别生成最短路径树SPT（Shortest Path Tree）；而在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。

IS-IS路由器的分类

Level-1路由器：

  • 区域内部路由器。只与同一区域的L1或L2路由器建立邻接关系（Level-1邻接关系）
  • 只负责维护Level-1的链路状态数据库LSDB，该LSDB只包含本区域的路由信息。

Level-2路由器：

  • 骨干路由器。与同一或者不同区域的L2路由器或者L1/2路由器形成邻接关系（Level-2邻接关系）。
  • 维护一个Level-2的LSDB，该LSDB包含整个IS-IS域的所有路由信息。
  • Level-2级别（即形成Level-2邻接关系）的路由器必须是物理连续的。

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。
  • 与同一区域中的L1或L1-2路由器形成Level-1邻接关系。
  • 与不同区域中的L2或L1-2形成Level-2邻接关系。

Level-1-2路由器与同一区域中的Level-1-2路由器，能够既建立L1邻接关系，又建立L2邻接关系。与不同区域中的Level-1-2路由器只能建立L2邻居。

在华为路由器上配置IS-IS时，缺省时，路由器全局Level为Level-1-2，当然，可以通过命令修改该设备的类型.

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IS-IS支持的网络类型

IS-IS会自动根据接口的数据链路层封装决定该接口的缺省网络类型， IS-IS支持两种类型的网络：

  • 广播（Broadcast）： 如Ethernet。
  • 点到点（P2P）： 如PPP、 HDLC等。

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链路的Cost与设备的接口有关，与OSPF类似，每一个激活了IS-IS的接口都会维护接口Cost。缺省Cost为10。

一条IS-IS路径的Cost等于本路由器到达目标网段沿途的所有链路的Cost总和。

IS-IS有三种方式来确定接口的开销，按照优先级由高到低分别是：

  1. 接口开销：为单个接口设置开销。
  2. 全局开销：为所有接口设置开销。
  3. 自动计算开销：根据接口带宽自动计算开销。

早期的IS-IS开销类型为narrow，最大值只有63。通常都将开销类型设置为开销类型为wide，接口开销值可以扩展到16777215。

IS-IS报文格式

IS-IS报文是直接封装在数据链路层的帧结构中的。

PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）可以分为两个部分，报文头（IS-IS Header）和变长字段部分（Variable Length Fields ）。

其中IS-IS Header又可分为通用头部（PDU Common Header）和专用头部（PDU Specific Header）。对于所有PDU来说，通用报头都是相同的，但专用报头根据PDU类型不同而有所差别。

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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的好处是，灵活性和扩展性好。

通用头部字段解释：

  • Intradomain Routing Protocol Discriminator：域内路由选择协议鉴别符，固定为0x83。
  • Length Indicator：IS-IS头部的长度（包括通用头部和专用头部），以Byte为单位。
  • Version/Protocol ID Extension：版本/协议标识扩展，固定为0x01。
  • System ID Length：NSAP地址或NET中System ID区域的长度。值为0时，表示System ID区域的长度为6Byte。
  • R（Reserved）：保留，固定为0。
  • Version：固定为0x01。
  • Max.Areas：支持的最大区域个数。设置为1～254的整数，表示该IS-IS进程实际所允许的最大区域地址数；设置为0，表示该IS-IS进程最大只支持3个区域地址数。

IS-IS报文类型概述

IS-IS的PDU有4种类型：

  1. IIH(IS-IS Hello) ---------> OSPF Hello
  2. LSP（ Link State PDU，链路状态报文） ---------> OSPF LSU
  3. CSNP（Complete Sequence Number PDU，全序列号报文） ---------> OSPF DD
  4. PSNP（Partial Sequence Number PDU，部分序列号报文） ---------> OSPF LSR

IIH：用于建立和维持邻接关系， 广播网络中的Level-1 IS-IS路由器使用Level-1 LAN IIH； 广播网络中的Level-2 IS-IS路由器使用Level-2 LAN IIH； 点到点网络中则使用P2P IIH。

LSP：用于交换链路状态信息。LSP分为两种，Level-1 LSP、Level-2 LSP。

SNP：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-1CSNP、 Level-2 CSNP、 Level-1 PSNP和Level-2 PSNP。

IS-IS邻接关系建立

IS-IS按如下原则建立邻接关系：

  1. 只有同一层次的相邻路由器才有可能成为邻接。
  2. 对于Level-1路由器来说，Area ID必须一致。
  3. 链路两端IS-IS接口的网络类型必须一致。
  4. 链路两端IS-IS接口的地址必须处于同一网段（默认情况下）。

IIH报文

IIH报文用于建立和维持邻接关系，广播网络中的Level-1 IS-IS路由器使用Level-1 LAN IIH；广播网络中的Level-2 IS-IS路由器使用Level-2 LAN IIH；点到点网络中则使用P2P IIH。

IIH报文发送间隔10s，保持时间Hollding Time为IIH的3倍，30s。

重要字段：

  • Holding Time ： 保持时间（30s）。在此时间内如果没有收到邻接发来的Hello报文，则中止已建立的邻接关系。
  • Priority ：选举DIS的优先级，取值范围为0～127。数值越大，优先级越高。(DIS类似于DR)
    • 该字段只在广播网中的Hello消息(LAN IIH消息)携带；点到点网络的Hello消息(P2P IIH消息)没有此字段，也没有此字段之前的R保留位。

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广播网络中的邻接关系建立过程

两台运行IS-IS的路由器在交互协议报文实现路由功能之前必须首先建立邻接关系。

在广播网络中，使用三次握手建立邻接关系。

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  • Level-1 IIH和Level-2 IIH发送的组播地址分别为01-80-C2-00-00-14、01-80-C2-00-00-15。
  • Down：邻接关系的初始状态。
  • Initial：收到IIH，但是报文中的邻接列表未包含路由器自身的System ID。
  • UP：收到IIS，且邻接列表中包含路由器自身的System ID。

点到点网络中的邻接关系建立过程

点到点网络中，邻接关系的建立使用两次握手方式：只要路由器收到对端发来的Hello报文，就单方面宣布邻接为Up状态，建立邻接关系。

两次握手机制存在明显的缺陷，华为设备在点到点网络中使用IS-IS时，默认使用三次握手建立邻接关系。此方式通过三次发送P2P IIH最终建立起邻接关系。

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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（Designated Intermediate System）【指定中间系统】。

DIS用来创建和更新伪节点（Pseudonodes），并负责生成伪节点的LSP，用来描述这个网络上有哪些网络设备。

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。

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Level-1和Level-2的DIS是分别选举的，用户可以为不同级别的DIS选举设置不同的优先级。

DIS的选举规则如下：

  1. DIS优先级数值最大的被选为DIS。
  2. 优先级相同，选择MAC地址大的。

DIS发送Hello PDU的时间间隔是普通路由器的1/3，这样可以确保DIS出现故障时能够被更快速地被发现。

DIS类似于OSPF中的DR，区别如下：

IS-IS OSPF
是否可抢占 可抢占 不可抢占
优先级范围 0~127 0~255
优先级为0是否参与选举 0也参与选举 0不参与选举
优先级默认值 64 1
广播王中的邻接关系 同一网段的同一级别都建立邻接 路由器只于DR和BDR建立邻接

链路状态数据库同步

LSP

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。

两类LSP有相同的报文格式。

重要字段：

  • Remaining Lifetime : LSP的生存时间，以秒为单位。
  • LSP ID:由三部分组成，System ID、伪节点ID和LSP分片后的编号。
  • Sequence Number: LSP的序列号。在路由器启动时所发送的第一个LSP报文中的序列号为1，以后当需要生成新的LSP时，新LSP的序列号在前一个LSP序列号的基础上加1。更高的序列号意味着更新的LSP。
  • 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。虽然此标志位也存在于Level-1和Level-2的LSP中，但实际上此字段只和Level-1-2路由器始发的L1 LSP有关。

ISIS中的LSDB

display isis lsdb

分片号：全0表示未分片

伪节点标识：全0表示实节点，非0表示伪节点

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查看非伪节点的LSP 【路由+拓扑】

display isis lsdb 0100.0000.1001.00-00 verbose

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查看伪节点LSP 【拓扑信息】

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CSNP与PSNP

CSNP包含该设备LSDB中所有的LSP摘要，路由器通过交互 CSNP来判断是否需要同步LSDB。

  • 在广播网络上，CSNP由DIS定期发送（缺省的发送周期为10秒）。
  • 在点到点网络上，CSNP只在第一次建立邻接关系时发送。

CSNP关键字段：

  • Source ID：发出CSNP报文的路由器的System ID。
  • Start LSP：CSNP报文中第一个LSP的ID值。
  • End LSP ID：CSNP报文中最后一个LSP的ID值。

PSNP只包含部分LSP的摘要信息（与CSNP不同）：

  • 当发现LSDB不同步时，PSNP来请求邻居发送新的LSP。
  • 在点到的网络中，当收到LSP时，使用PSNP对收到的LSP进行确认。

LSP的同步过程

广播网络中

新加入的路由器采用组播地址发送L1或（和）L2的LSP，使网络上所有的邻接都收到该LSP。

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点到点网络中

点到点网络中，可以使用PSNP对收到的LSP进行确认

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LSP的处理机制

IS-IS通过交互LSP实现链路状态数据库同步，路由器收到LSP后，按照以下原则处理：

  • 若收到的LSP比本地LSP的更优，或者本地没有收到的LSP：
    • 在广播网络中：将其加入数据库，并组播发送新的LSP。
    • 在点到点网络中：将其加入数据库，并发送PSNP报文来确认收到此LSP，之后将这新的LSP发送给除了发送该LSP的邻居以外的邻居。
  • 若收到的LSP和本地LSP无法比较出优劣，则不处理该LSP。

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保活时间也就是生存时间。

路由计算

L1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。 R1作为Level-1路由器，会根据该ATT标志位，计算出指向R2或R3的默认路由。

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缺省时， R1只能通过指向R2或R3的默认路由到达区域外部，但是R1距离R2和R3路由器的Cost值相等，那么当R1发送数据包到192.168.20.0/24时，就有可能选择路径2，导致出现次优路径。

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路由渗透【解决L1次优路径】

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。

通过路由渗透，可以将区域间路由通过Leve-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。

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L1-2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。

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L2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。

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思考题

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1、ABCD。 2、ACD。

总结

每一台运行IS-IS的路由器都至少有一个NET地址。IS-IS采用分层架构，所有Level-2和Level-1-2路由器共同构成了骨干区域，同一区域的Level-1路由器构成了普通区域。

IS-IS协议有四种报文类型，分别是IIH、CSNP、PSNP、LSP。

Level-1路由器只维护区域内的LSDB，Level-1路由通过离自己最近的Level-1-2路由器到达区域外部，为了避免次优路径，可以在Level-1-2路由器上部署路由渗透的特性。

IS-IS支持三种认证类型，分别是接口认证、区域认证、路由域认证。

IS-IS协议与OSPF协议都是链路路由状态协议，两者都需要维护LSDB。

posted @ 2025-05-28 11:55  最爱喝开水  阅读(73)  评论(0)    收藏  举报