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1、第一章 IS-IS 协议基本原理1.1 IS-IS 协议的发展CLNP 是国际标准化组织 ISO 提出的 OSI 协议栈中的第三层协议，其地位类似于 IP 协议在 TCP/IP 协议中的地位， IS-IS 最早由 ISO 设计，是用于实现基于 CLNP 寻址的路由协议。ISO 定义了两类网络层服务：CLNS (Connectionless Network Service) 和 CONS （Connection-oriented Network Service）。面向 CLNS 服务的网络层协议为CLNP（Connectionless Network Protocol），类似于 TCP/IP 中
2、的 IP 协议；面向 CMNS 服务的网络层协议为 CONP（Connection-oriented Network Protocol）。后来随着 TCP/IP 协议的流行， IS-IS 在 RFC1195 中也加入了对于 IP 协议的支持，实现了 IP 路由能力。因此 IS-IS 也被称为集成化 IS-IS(Integrated IS-IS)。1.2 IS-IS 协议的基本特点 IS-IS 起源于 ISO 协议族，作为面向无连接网络服务 CLNS (Connectionless Network Service)的一部分。无连接网络服务 CLNS (Connectionless Network
3、 Service)包括三个协议：CLNP（Connectionless Network Protocol）是面向无连接的一种网络协议，类似于TCP/IP 中的 IP 协议。IS-IS 是中间系统间的路由协议，类似于 TCP/IP 中路由器间的路由协议。ES-IS 是主机系统和中间系统间的路由协议，类似于 IP 中的 Discover 协议，如：ARP、ICMP、 IRDP 等。CLNP、IS-IS、ES-IS 三种协议都属于 OSI 模型中的网络层协议，直接承载在数据链路层之上。 IS-IS 路由协议和其他路由协议不同，它直接承载在数据链路层之上。Peer 间通过传递协议数据包（PDU）来传递
4、链路信息，完成链路数据库的同步。PDU （Protocol Data Unit）的格式分为三大部分：数据链路层头：OSI Family 固定为 0XFEFE。IS-IS 固定报文头：第一字节为 0X83。如果采用 ES-IS 协议，其固定报文头的第一个字节为 0x82，采用 CLNP 协议，其固定报文头的第一个字节为 0x81。IS-IS TLVs：具体描述 IS 的链路状态。 IS-IS 和 OSPF 协议都属于链路状态算法的 IGP 路由协议，都是基于 SPF 算法。是目前流行最为广泛的两种 IGP 协议。IS-IS 与 OSPF 协议相比，具有更好的扩展性和区域可以容纳更多的路由器等特点
5、。由于 IS-IS 起源于 OSI 协议，在 Integrated IS-IS RFC1195 中，逐步把 IS-IS 引入到TCP/IP 协议族中，这样 IS-IS 既支持 OSI，又支持 IP，所以我们称 Integrated IS-IS 为 Dual IS-IS。IS-IS 直接承载在数据链路层上，采用 PDU（Protocol Data Unit）的封装，其核心部分为TLV 的编址方式。由于 TLV 的编址方式扩展性很好，有时我们只需增加一种或几种新的TLV 就可以对协议进行扩展，支持新的功能（如 MPLS TE、IPV6 等）。IS-IS 采用 SPF 算法，一旦链路状态发生变化，就
6、会进行增量更新，SPF 算法重新计算路由信息，收敛速度快。同时在 IS-IS 泛洪的 LSP 中包含有 LSP 的保持时间（Remaining Lifetime）、序列号（Sequence Number）等参数周期性的对 LSP 进行更新。由于 IS-IS 良好的扩展性，适合大规模的网络结构，越来越被大型 ISP 选为构建骨干网的 IGP 路由协议。1.3 IS-IS 协议基本概念1.3.1 协议相关术语 IS（Intermediate System）中间系统：具有数据包转发能力的网络节点，类似于 IP 中的路由器。ES（End System）端系统：没有路由能力或数据包转发能力的网络节点，类
7、似于 IP 中的主机。DIS（Designated Intermediate System）指定中间系统：在 IS-IS 广播网络类型中，需要选举一个指定的中间系统，周期性的向其他路由器进行 LSDB 数据库的泛洪。功能类似于OSPF 中的 DR（Designated Router）。但是在 OSPF 中还有备份 BDR（Backup Designated Router）的概念，IS-IS 中没有备份的 DIS 概念。Sys ID（System ID ）系统 ID：在 IS-IS 路由协议中使用 System ID 唯一标识一台中间系统，我们必须保证在整个 IS-IS 路由域中 System
8、ID 的唯一性。功能上类似于 OSPF 的Router ID。PDU（ Packet Data Unit）报文数据单元：链路数据层传递的数据报文格式。 IS-IS 路由协议中又可分为 Hello PDU、LS PDU、CSN PDU、PSN PDU。和 OSPF 协议对比，OSPF 协议承载在 IP 协议之上， 所以 PDU 功能上有点类似于 IP 报文。LSP（ Link State PDU）链路状态协议数据单元：在 IS-IS 路由协议中使用 LSP 来描述本路由器的链路状态信息。通过 LSP 的泛洪，最终使整个区域内的所有中间系统拥有相同的链路状态数据库（LSDB）。功能上类似于 OSP
9、F 中的 LSA，但是 LSA 并不是一种单独的报文，是封装在 OSPF 的协议的报文中的。NSAP（Network Service Access Point）网络服务访问点：OSI 协议中网络层的编址方式。整个 NSAP 地址由两大部分组成：IDP（Inter-Domain Portion）域间部分和DSP（Domain Service Portion）域内服务部分。IDP 类似于 TCP/IP 地址中的主网络号；DSP 类似于 TCP/IP 地址中子网络号、主机号和端口号。NET（Network Entity Title）网络试题标记：特殊的 NSAP 地址。其中的 N-Selector
10、部分为全 0，专门为 IS-IS 设计。目前 Huawei VRP 和 Cisco IOS 都支持一台路由器上最多配置3 个 NET，方便进行网络的迁移。IIH （IS to IS Hello PDU）IS 到 IS 间的 Hello PDU。在 IS-IS 路由协议中使用 IIH 报文进行邻居的发现、建立和维护。IS-IS 协议规定的 Hello 有三种，分别为：ESH （ ES to IS Hello), ISH （ IS to ES Hello）, IIH （IS to IS Hello）。但是纯 IP 的环境中只使用 IIH 一种 Hello PDU。功能上类似于 OSPF 中的 He
11、llo 报文。PSNP（Partial Sequence Number PDU）部分序列号数据包：在 IS-IS 路由协议中用于确认和请求链路数据信息。在点到点的网络类型中用于确认链路数据信息，类似于 OSPF 协议中的 LS Ack 报文；在广播网络类型中用于请求和确认链路数据信息，类似于 OSPF 协议中的 LS Request 报文和 LS Ack 报文。CSNP（Complete Sequence Number PDU）完全序列号数据包：在 IS-IS 路由协议中用于发布完整的链路数据信息。在广播网络类型中 DIS 路由器生成的伪节点周期性的发送CSNP 报文给其他路由器进行数据库的同
12、步，功能上类似于 OSPF 协议中的 DD 报文。1.3.2 OSI 网络层地址编码格式CLNP 是 OSI 协议栈的第三层网络层协议。它编址方式 NSAP 地址具备变长的独特的编址格式。整个 NSAP 地址由两大部分组成：IDP（Inter-Domain Portion）域间部分和DSP（Domain Service Portion）域内服务部分。IDP 类似于 TCP/IP 地址中的主网络号；DSP 类似于 TCP/IP 地址中子网络号、主机号和端口号。IDP（ Inter-Domain Portion）域间部分又分为 AFI （Authority and Format ID）机构和格式
13、ID 和 IDI（Inter-Domain ID）域间 ID 两部分。AFI 用来标识地址格式和地址分配机构；IDI 用来标识域。DSP（ Domain Service Portion）域内服务部分又分为 HODSP（High Order DSP）DSP 高位、System ID 和 NSEL 三部分。HODSP 用于分割区域，类似于 TCP/IP 地址中的子网号；System ID 用于区分主机，类似于 TCP/IP 地址中的主机号；NSEL 用于指示选定的服务相当于 TCP/IP 地址中的端口号。我们通常把 IDP 和 DSP 中的 HODSP 统称为区域地址，区域地址部分为可变长度，范围
14、：1-13 个字节。SYSTEM ID：是 IS 或 ES 在区域内的唯一标识，务必保证全局的唯一性，总共为 6 个字节，可以使用 MAC 地址或由 IP 地址转化得来。1.3.3 网络标识实体：NET 关于 NET 的其他说明：一个中间系统至少有一个 NET（实际实现中 VRP 和 IOS 最多可以配置 3 个）；同一 AREA 的中间系统必须有相同的 Area ID；区域地址相当于 OSPF 中的区域号；每个中间系统在一个 AREA 中必须有一个唯一的 System ID；SystemID 相当于 OSPF 中的 router id，保证全局唯一性；一个路由域中的两个 Level-2 中间
15、系统不能有相同的 System ID；一个路由域中的 System ID 必须有相同的长度；一个中间系统的所有 NET 必须有相同的 System ID；NET 至少为 8 个字节，最多为 20 个字节。1.3.4 分层 IS-IS 路由协议和 OSPF 路由协议一样采用分层的体系结构。IS-IS 路由协议采用两层结构：Level-1 的普通区域和 Level-2 的骨干区域。Level-1 的普通区域中所有的路由器必须有相同的区域地址，相互间形成 Level-1 的邻居关系，整个区域中只有 Level-1 层次上的链路数据库 LSDB，没有 Level-2 骨干区域的路由信息。类似于 OSP
16、F 中的 Total Subby 区域。Level-2 的骨干区域由所有的 Level-2 路由器和 L1/L2 路由器组成。该区域中路由器间形成 Level-2 的邻居关系，拥有 Level-2 层次上的链路数据库 LSDB 和 Level-1 层次上的路由信息（由 L1/L2 路由器在区域边界转化）。主要注意的是务必保证骨干区域的连续性，在进行网络设计是尽量避免单点故障和单链路故障。L1/L2 路由器可以同时和 L1 层次的路由器形成 Level-1 的邻居关系，与 L2 层次的路由器形成 Level-2 的邻居关系。所以 L1/L2 路由器拥有 Level-1 的链路状态数据库 LSDB 和Level-2 的链路状态数据库 LSDB，在区域的边界完成把 Level-1 路由信息通告到 Level-2 骨干区域中。1.3.5 IS-IS 的分层路由域图示 以上图为例：所有的 L2 路由器和 L1/L2 路由器组成了 Back
