ISIS协议（动态路由协议）

ISIS基础

基本概念

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System，中间系统到中间系统）是ISO （International Organization for Standardization，国际标准化组织）为它的CLNP（ConnectionLessNetwork Protocol，无连接网络协议）设计的一种动态路由协议。

随着TCP/IP协议的流行，为了提供对IP路由的支持，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（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。

CLNS 由以下三个部分组成：

▫ CLNP ：类似于 TCP/IP 中的 IP 协议。

▫ IS-IS ：类似于 TCP/IP 中的 OSPF 。

▫ ES-IS ：类似于 TCP/IP 中的 ARP ， ICMP 等。

IS-IS 是一种链路状态路由协议， IS-IS 与 OSPF 在许多方面非常相似，例如运行 IS-IS 协议的直连设备之间通过发送 Hello 报文发现彼此，然后建立邻接关系，并交互链路状态信息。

NSAP地址

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，主要用于提供网络层和上层应用之间的接口。NSAP包括IDP及DSP，如下图所示：

1.IDP：相当于IPv4地址中的有类网络号
1.AFI：表明分配机构和地址格式 1字节
2.IDI：表明地址分配的域 2字节
2.DSP：相当于IPv4地址中的子网络号和主机地址
1.header older dsp:分割区域 10字节
2.system-id ：主机标识 6字节
3.sel ：上层标识 1字节

NET地址

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。

•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。

• 一般情况下，一个路由器只需要配置一个区域地址，且同一区域中所有节点的区域地址都要相同。为了支持区域的平滑合并、分割及转换，缺省情况下，一个IS-IS进程下最多可配置 3 个区域地址。

• 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6Byte。

• 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。

ISIS路由器分类

1.Level-1路由器

Level-1路由器（例如图中的R1）是一种IS-IS区域内部路由器，它只与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻接关系，这种邻接关系称为Level-1邻接关系。Level-1路由器无法与Level-2路由器建立邻接关系。

Level-1路由器只负责维护Level-1的链路状态数据库LSDB，该LSDB只包含本区域的路由信息。值得一提的是，Level-1路由器必须通过Level-1-2路由器接入IS-IS骨干区域从而访问其他区域。

2.Level-2路由器
Level-2路由器（例如图中的R4、R5、R6、R7）是IS-IS骨干路由器，它可以与同一或者不同区域的Level-2路由器或者Level-1-2路由器形成邻接关系。Level-2路由器维护一个Level-2的LSDB，该LSDB包含整个IS-IS域的所有路由信息。

所有Level-2级别（即形成Level-2邻接关系）的路由器组成路由域的骨干网，负责在不同区域间通信。路由域中Level-2级别的路由器必须是物理连续的，以保证骨干网的连续性。

3.Level1-2路由器

Level-1-2路由器与OSPF中的ABR非常相似，它也是IS-IS骨干网络的组成部分。

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。

同时属于Level-1和Level-2的路由器称为Level-1-2路由器（例如图中的R2和R3），它可以与同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成Level-1邻接关系，也可以与其他区域的Level-2和Level-1-2路由器形成Level-2的邻接关系。

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：
[AR1-isis-1]is-level level-1 修改设备级别

ISIS路由器接口分类

ISIS接口分为三类：

1.L1接口
2.L2接口
3.L12接口

修改路由器的接口级别：

[AR1-GigabitEthernet0/0/0]isis circuit-level level-1

注意：

L1设备和 L1接口发送L1报文

L1设备和 L2接口发送L1报文

L2设备和 L1接口发送L2报文

L2设备和 L2接口发送L2报文

L12设备和 L1接口发送L1报文

L12设备和 L2接口发送L2报文

L12设备和 L12接口发送L12报文

接口存在级别意义：当L1/2设备只需要建立某一个级别的邻居时，只需要修改接口级别即可

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。

如图所示，整个骨干区域不仅包括Area49.0002中的所有路由器，还包括其它区域的Level2和Level-1-2路由器。

以上拓扑结构图可以体现IS-IS与OSPF的不同点：

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。
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。
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。

OSPF封装于网络层之上，服务于IP层

ISIS封装于数据链路层（数据帧）之上，服务于IP层

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。

ISIS开销

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。然而与OSPF不同的是，IS-IS接口的Cost在缺省情况下并不与接口带宽相关（在实际部署时，IS-IS也支持根据带宽调整Cost值），无论接口带宽多大，缺省时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。

开销更改：

1.接口开销：

[AR2-GigabitEthernet0/0/0]isis cost

2.全局开销：

[AR2-isis-1]circuit-cost 该命令可以同时改变所有的接口的开销

3.根据带宽自动计算开销：

[AR2-isis-1]auto-cost enable 开启自动计算

[AR2-isis-1]bandwidth-reference 设置参考带宽

优先级由高到低：接口> 全局 > 自动计算

ISIS报文及状态机

报文

• IS-IS 的 PDU 有 4 种类型： IIH(IS-IS Hello) ， LSP （ Link State PDU ，链路状态报文）， CSNP （ Complete Sequence Number PDU ，全序列号报文）， PSNP （ Partial Sequence Number PDU ，部分序列号报文）。

• 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-1 CSNP 、 Level-2 CSNP 、 Level-1 PSNP 和 Level-2 PSNP 。

IIH报文

类似于OSPF的Hello报文，用来建立和维护邻居关系，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。

CSNP报文

全序列号PDU，类似于OSPF的DD报文，用来发布链路状态通告摘要，分为L1 CSNP、L2 CSNP。

PSNP报文

部分序列号PDU，类似于OSPF的LSR报文、LSAck报文，分为L1 PSNP、L2 PSNP。

*如果PSNP携带的摘要LSP，序列号为全0 则表示LSR 用来请求完整的链路状态信息，序列号不为全0 则表示LSAck 用来确认收到的链路状态信息。

LSP报文

链路状态PDU，类似于OSPF的LSU报文，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。

状态机

状态机：
1.down：设备接口未使能ISIS。
2.init：收到hello报文，但hello报文中不存在自身的MAC地址。
3.up：收到的hello报文中携带了自身的MAC地址。

ISIS邻接关系建立过程

广播网络

1.设备处于down状态，没有使能ISIS
2.设备处于init状态，发送hello报文，收到hello报文，但hello报文中不存在自身的MAC地址
3.设备处于up状态，收到的hello报文中携带了自身的MAC地址
*设备根据交互的hello报文进行DIS设备的选举（DIS类似于OSPF中的DR）
根据报文内的优先级值，值越大越优先；如果值相等，则比较接口的MAC地址，地址越大越优先
*DIS主要用于在广播型网络中连接所有物理设备的虚拟设备，负责伪节点LSP的通告和维护
*DIS是可以抢占的
*DIS没有明确的备份设备，广播网络内的所有设备都在监听DIS
选举为DIS的设备会周期10/3s发送hello报文，这样可以确保DIS出现故障时能够被更快速地被发现.
*设备接口优先级值为0，也会参与DIS的选举
4.邻接关系建立完成后，设备会通告自身所有的LSP通过LSP报文给DIS设备（目标地址为0180-c200-0014）
5.DIS设备会周期（10s）通告CSNP报文（会携带DIS设备具有的所有LSP信息摘要）（目标地址为0180-c200-0014）
6.广播内的其他设备收到CSNP报文后，根据报文内的摘要进行对比自身的LSDB
1.如果自身LSDB和CSNP报文携带的摘要同步，则不做理会
2.如果自身LSDB不存在CSNP报文携带的摘要，则发送PSNP报文，请求自身缺少的LSP（目标地址为0180-c200-0014）
7.DIS设备收到PSNP报文后，回复LSP报文

IS-IS中DIS与OSPF协议中DR（Designated Router）的区别：

在IS-IS广播网中，优先级为0的路由器也参与DIS的选举，而在OSPF中优先级为0的路由器则不参与DR的选举。
在IS-IS广播网中，当有新的路由器加入，并符合成为DIS的条件时，这个路由器会被选中成为新的DIS，原有的伪节点被删除。此更改会引起一组新的LSP泛洪。而在OSPF中，当一台新路由器加入后，即使它的DR优先级值最大，也不会立即成为该网段中的DR。
在IS-IS广播网中，同一网段上的同一级别的路由器之间都会形成邻接关系，包括所有的非DIS路由器之间也会形成邻接关系。而在OSPF中，路由器只与DR和BDR建立邻接关系。

p2p网络

1.设备处于down状态，没有使能ISIS
2.设备处于init状态，发送hello报文，收到hello报文，但hello报文中不存在自身的system-id
3.设备处于up状态，收到的hello报文中携带了自身的system-id地址
*P2P网络不会选举DIS
4.邻接关系建立完成后，会将自身完整的LSP信息通过LSP报文发送
5.对端收到LSP报文后，会发送PSNP报文进行确认
6.LSP同步完成后，发送CSNP报文进行LSDB的同步检测
如果收到的CSNP报文和自身的LSDB同步，则不予理会
如果收到的CSNP报文和自身的LSDB不同步，则会发送PSNP报文进行请求
收到PSNP报文后，会发送LSP报文
收到LSP报文，回复PSNP进行确认

ISIS路由计算

区域内路由计算

ISIS根据学习到的LSP，分析所有链路状态，先通过SPF算法计算出拓扑树，SPF算法计算出拓扑树后，直接将路由信息当作叶子挂载在拓扑节点上。

所有的链路开销默认都为10，路由的开销是迭加计算的。

区域间路由计算

L2设备如何计算L1设备的路由信息？

L1/2设备会将L1的路由信息当作叶子挂载在自身产生的L2-LSP上

路由信息挂载时，会携带明细的开销值

从L2设备视角看，该路由相当于是L1/2设备的路由信息

L1设备如何计算L2设备的路由信息？

L1设备组成的非骨干区域类似于OSPF的特殊区域

即L1设备通过缺省路由访问L2设备的路由信息

*L1设备的缺省路由如何得到？

L1设备收到L1/2设备产生的L1-LSP中 ATT bit置位为1

自动生成一条下一跳指向L1/2设备的缺省路由

*L1/2的L1-LSP中ATT bit如何置位？

1.产生该L1-LSP的设备一定是 L1/2设备

2.L1/2设备存在L2的邻居关系

3.L1/2设备收到不同区域的L2-LSP

L1访问L2设备路由信息的次优问题：

L1设备通过ATT bit计算的缺省路由开销，都是到达L1/2设备的开销，没有L2设备路由的明细开销，容易出现次优路径。

如果解决次优路径？

通过路由渗透实现

*什么是路由渗透？

就是L1/2设备上执行L2路由引入到 L1

[AR2-isis-1]import-route isis level-2 into level-1

多台L1/2设备，都要执行渗透

区域外路由计算

ISIS本质上不区分内外部路由，都是将路由信息当作叶子挂载在自身的LSP上，ISIS的外部路由，在设备引入后，通过分片LSP进行携带。

L1/2设备进行路由渗透时，会把内部、外部路由信息都当作叶子节点挂载在L1的LSP上。

ISIS设备在引入外部路由时，要根据设备的级别来执行引入，即外部路由默认的引入级别为L2。

L1/2设备在执行外部路由引入时，必须是L1-2的引入，因为单一的级别不支持路由渗透的操作

注意：ISIS外部路由的引入，根据设备的级别指定引入路由时的级别。

ISIS路由更新和撤销、开销风格

内部路由更新和撤销

内部路由：都是更新式的路由更新和更新式的路由撤销

更新：1200s ，seq 是顺序排列的值携带需要更新的信息

撤销：1200s ，seq 是更新的seq+1（大于原序列号）不携带需要撤销的信息

外部路由更新和撤销

外部路由：存在更新式更新、撤销也存在时间老化的撤销

更新：第一条外部路由引入，时间1200s，seq是顺序排列的值，携带更新的信息

第二条外部路由引入，时间1200s，seq是上一个更新的seq+1，携带更新的信息

后面以此类推......

撤销：当存在多条外部路由，撤销其中一条，时间1200s，seq是上一个更新的seq+1，不携带需要撤销的信息

如果所有外部路由都被撤销，时间 0s，seq 是上一个更新的seq（不变），不携带撤销的信息

开销风格

开销风格：发送报文类型接收报文类型
窄风格（默认的）窄                   窄
窄兼容         窄                 窄、宽
兼容          窄、宽窄、宽
宽风格         宽                     宽
宽兼容         宽                  窄、宽

相邻设备如果开销风格不一致，不会影响邻居的建立，会影响路由信息的计算