IS-IS协议原理与配置

Posted 2021-11-11 星空予蓝

IS-IS(中间系统到中间系统协议)：基于链路状态并使用最短路径优先算法进行路由计算的一种IGP协议 基于802.3封装

IS-IS最初是国际化标准组织ISO为它的无连接网络协议CLNP设计的一种动态路由协议
为了提供对IP的路由支持
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环境中，修订后的IS-IS协议被称为集成化的IS-IS
工作在数据链路层，路由收敛速度快，结构清晰，适合于大规模网络

场景应用
园区网：区域多样、策略多变、调度精细
特点：
应用型网络，主要面向企业网用户。
路由器数量偏少，动态路由的LSDB库容量相对偏少，三层路由域相对偏少。
有出口路由的概念，对内部外部路由划分敏感。
地域性跨度不大，带宽充足，链路状态协议开销对带宽占用比偏少。
路由策略和策略路由应用频繁多变，需要精细化的路由操作。
OSPF的多路由类型（内部/外部），多区域类型（骨干/普通/特殊），开销规则优良（根据带宽设定），网络类型多样（最多五种类型）的特点在园区网得到了极大的发挥

骨干网（运营商网络）：区域扁平、收敛极快、承载庞大
特点：
服务型网络，由ISP（互联网服务提供商）组建，并为终端用户提供互联服务。
路由调度占据绝对统治地位，路由器数量庞大。
架构层面扁平化，要求IGP作为基础路由为上层BGP协议服务。
LSDB规模宏大，对链路收敛极度敏感，线路费用高昂。
追求简单高效，扩展性高，满足各种客户业务需求（IPV6/IPX）。
IS-IS的快速算法（PRC得到加强），简便报文结构（TLV），快速邻居关系建立，大容量路由传递（基于二层开销低）等一系列特点在骨干网有着天然的优势

历史起源：

IS-IS属于内部网关协议，用于自治系统内部

工作过程：
1.建立邻居关系：通过HELLO包交互并协商各种参数，包括电路类型（level-1/level-2），Hold time，网络类型，支持协议，区域号，系统ID，PDU长度，接口IP等
分为两种：两次和三次握手，P2P网络是支持两次和三次握手，MA网络仅支持三次握手
2.同步LSDB数据库（链路信息交换）：与OSPF不同，ISIS交互链路状态的基本载体不是LSA，而是LSP；交互的过程没有OSPF协议那样经历了多个阶段，主要是通过CSNP和PSNP两种协议报文来同步，请求以及确认链路状态信息（承载的是链路状态信息摘要），而链路状态信息的详细拓扑和路由信息是由LSP报文传递
1)P2P网络：先描述，再同步
2)MA网络：直接同步，然后通过DIS来保障数据库同步的完整性
3.执行SPF路由计算：SPF计算和OSPF基本一样的，但ISIS算法分离了拓扑结构和IP网段，加快了网络收敛速度（ISPF算法）

ISIS内部优先级：
level-1：15
level-2：18

建立邻居需要协商的参数：掩码、MTU、sys id、area id、最大区域地址数
如何协商区域地址：只要携带的区域地址有一个相同就能建立邻居
不需要协商hold time

地址结构：2位为1B

IDP：相当于IP地址的网络号
DSP：相对于IP地址的子网号和主机地址，由High Order DSP、System ID和SEL三个部分组成
AREA ID：区域id，标识一个区域，相当于OSPF的区域标号
SYSTEM ID：系统id，标识一台设备，固定6字节，每台设备最多3个相同的系统id
SEL：上层协议标识符

路由器分类（ISIS基于路由器划分区域）：
Level-1路由器（只能创建level-1的LSDB），性能相对较差，位于Level-1区域相当于OSPF的非骨干区域，相当于IR
Level-1路由器必须通过Level-1-2路由器才能连接至其他区域
Level-2路由器（只能创建level-2的LSDB），性能较强，Level-2区域相当于OSPF的骨干区域，相当于BR
所有Level-2级别（即形成Level-2邻居关系）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。只有Level-2级别的路由器才能直接与区域外的路由器交换数据报文或路由信息
Level-1-2路由器（路由器默认的类型，能同时创建level-1和level-2的LSDB ）,性能强，用于连接Level-1区域和Level-2区域，类似于OSPF的ABR
默认为Level-1-2路由器，连接骨干区域的路由器

Level-1路由器的路由特点：
• 只拥有Level-1的链路状态数据库。
• 其链路状态数据库中只有本区域路由器LSP。
• 其路由表里没有其他区域的路由信息。
• 其路由表里都有一条默认路由，下一跳是指向到Level-1-2路由器。
Level-2路由器的路由特点：
• Level-2路由器只有Level-2的链路状态数据库。
• 其LSDB中有骨干区域路由器的LSP，但是没有Level-1路由器产生的LSP。
• 路由表里面有整个网络的路由信息。
Level-1-2路由器的路由特点：
• Level-1-2路由器同时拥有Level-2和Level-1的链路状态数据库。
• Level-1数据库包含本区域的LSP，Level-2数据库包含骨干区域LSP。
• 在自己产生的Level-1的LSP中设置了ATT比特位为1。
• 路由表里面有整个网络的路由信息。

默认有将level-1的路由引入level-2的命令

邻居关系的建立：
Level-1路由器：只能与同一区域的Level-1路由器/Level-1-2路由器建立Level-1路由器邻居关系，维护Level-1路由器的LSDB
不能跨区域建立邻居关系

  Level-2路由器：只能与同一区域/不同区域的Level-2路由器/不同区域的Level-1-2路由器建立Level-2的路由器邻居关系，维护Level-2LSDB

  Level-1-2路由器：可以与同一区域的Level-1路由器/Level-1-2路由器建立Level-1邻居关系，邻居直接维护Level-1LSDB，可以与同一区域/不同区域的Level-2路由器建立Level-2邻居关系，维护Level-2LSDB，与不同区域的Level-1-2路由器建立Level-2邻居关系；    

ISIS的区域划分：与OSPF不一样，OSPF是基于路由器的接口划分，ISIS是基于一台路由器划分区域
ISIS区域分两种：骨干区域（L2）
非骨干区域（L1）

ISIS的报文封装：封装于数据链路层，所以传输中可能会存在丢包现象，因为没有保障可靠协议支持，OSPF封装于IP协议，协议号89
ISIS报文：

1.Hello PDU：用于发现，建立，维护邻居关系，
与OSPF一样，周期性发送，普通路由器发送时间间隔是10s，死亡时间（hold time）30s，如果30s内没有收到邻居发送过来的hello报文，则邻居报文中断，DIS路由器（相当于OSPF的DR）发送hello报文时间间隔为10/3s(3.3333…)，其他路由器连续三次没有收到来自DIS路由器的hello报文，则认为DIS故障，重新选举新的DIS

               为什么DIS发送hello报文的时间间隔是10/3s？：为了快速检测出DIS故障

P2P hello PDU：用于点到点网络
LAN hello PDU：用于MA网络
level-1 LAN IIH:用于MA网络中的level-1邻居，目的组播MAC为：0180-c200-0014
level-2 LAN IIH:用于MA网络中的level-2邻居，目的组播MAC为：0180-c200-0015

2.LSP PDU：用于描述链路状态信息
实节点LSP
伪节点LSP（只在广播链路存在）
LSP的刷新间隔为15分钟；老化时间为20分钟。
但是一条LSP的老化除了要等待20分钟外，还要等待60秒的零老化时延；LSP重传时间为5秒；LSP超时后从网络中清除

以下三个标志组合起来用来唯一标识一个LSP
Source ID：产生该LSP的结点或伪结点的Sys lD ，8字节
Pseudonode ID：对普通LSP为0 ； 对 Pseudonode LSP 非 0， 这 是 区 分 一 个 LSP 是 否 是 伪 结 点 产 生 的 标 志 ；
LSP number：分 片 号 （ 产 生 的 LSP 大 于 LSP MTU 将 分 片 ） 最多256个分片
LSP id 例 子 ： 00C0 ． 0040 ． 1234 ． 01 一 00 ， 其 中 :
SourcelD: 00C0 ． 0040 ． 1234
Pseudonode ID: 01 （ 表 明 为 伪 结 点 产 生 的 ）
分 片 号 ． 0
LSP Sequence Number.
Sequence Number: 每 个 LSP （ 含 LSP 分 片 ） 都 有 一 个 自 己 的 序 列 号
当 路 由 器 启 动ISIS时，自 己 产生 的 LSP 的 序 列 号 为 1
当 发 生 变 化 需 要 重 新 生 成 LSP 的 时 候 ， 产 生 序 列 号 增 加 的 新 的 LSP 传 播 出 去
较 大 的 序 列 号 意 味 着 LSP 较 新

3.SNP PDU：用于维护LSDB 的完整与同步，且为摘要信息
CSNP PDU：完全序列号报文，用于描述LSDB，同步LSP，类似于OSPF中用于描述LSDB的DD报文，DIS周期性10s发送
level-1 CSNP PDU：用于level-1邻居
level-2 CSNP PDU：用于level-2邻居
PSNP PDU：部分序列号报文，用于请求或确认LSP PDU，类似于OSPF中的LSR或LSACK（确认只用于点到点网络，广播网络无需确认）
level-1 PSNP PDU：用于level-1邻居
level-2 PSNP PDU：用于level-2邻居

邻居关系建立：
1.P2P链路上，
两次握手机制：
两次握手只要路由器收到对端发来的Hello报文，就单方面宣布邻居为up状态，建立邻居关系，容易存在单通风险
三次握手机制（默认）：
通过三次发送P2P的IS-IS Hello PDU最终建立起邻居关系，与广播链路邻居关系的建立情况相同

      TLV：邻居状态
      为了P2P网络类型使用三次握手建立邻居，P2P hello 中增加了邻居状态TLV

2.广播链路上，使用LAN IIH报文执行三次握手建立邻居关系
当收到邻居发送的Hello PDU报文里面没有自己的system ID的时候，状态机进入initialized
只有收到邻居发过来的Hello PDU有自己的system ID才会up，排除了链路单通的风险。
广播网络中邻居up后会选举DIS(虚节点)，DIS的功能类似OSPF的DR(指定路由器)

DIS与伪节点：
DIS：指定中间系统（Designated IS）
伪节点：在广播网络中由DIS创建的虚拟路由器

选举DIS：在广播网络，需要选举DIS，在邻居关系建立后，路由器会等待两个Hello报文间隔再进行DIS的选举
Hello报文中包含Priority 字段（0-127,默认64）
选举规则： Priority值最大的将被选举为该广播网的DIS
优先级相同，接口MAC地址较大的被选举为DIS
MAC地址一样，比较Systerm ID，大的为DIS
DIS发送Hello时间间隔默认为10/3秒，而其他非DIS路由器发送Hello间隔为10秒
抢占性：后期有新的Router加入到链路进来，如果优先级比DIS高是可抢占的，但是DR是不可抢占的

DIS的作用：
进行SPF计算时，简化MA网络的逻辑拓扑
减少LSP/LSA的泛洪
保障LSP交互的可靠性
由DIS发送CSNP来同步链路的LSDB

DIS与DR的类比

链路状态信息的交互：

P2P先交互LSP再发CSNP

不同网络类型如何同步LSDB：
P2P网络中：邻居关系建立后，立即给对端发送CSNP报文，若发现有没同步的LSP条目则发起PSNP请求，而对端则回应LSP，收到LSP更新后要回PSNP作为收到LSP的回应，本端在发送LSP时会启动重传定时器，一旦定时器归零后没收到PSNP回应则会重新发送LSP并重新设定定时器，直到收到对端的PSNP回应

MA网络中：邻居关系建立后，路由器等待LSP刷新定时器超时，然后将自己的LSP发往组播地址 （Level-1：01-80-C2-00-00-14；Level-2：01-80-C2-00-00-15）。这样网络上所有的邻居都将收到该LSP。该网段中的DIS会把收到邻居的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时 并发送CSNP报文，进行该网络内的 LSDB 同步。 邻居收到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。DIS收到该PSNP报文请求后向邻居发送对应的LSP进行LSDB的同步

路由算法
SPF计算过程：
• 单区域LSDB同步完成
• 生成全网拓扑结构图
• 以本节点为根生成最短路径树
• 默认跨越每个节点开销一样
IS-IS的计算特点：
• 在本区域内路由器第一次启动的时候执行的是Full-SPF算法。
• 后续收到的LSP更新，如果是部分拓扑的变化执行的iSPF计算。
• 如果只是路由信息的变化，执行的就是PRC计算。
由于采用拓扑与网络分离的算法，路由收敛速度得到了加强

ISIS开销：
采用默认开销，默认开销均为10，不管链路带宽高低，开销都为10
配置命令：接口视图下： isis cost
ISIS计算开销的方式：
1.基于抖动（默认）：华为只支持默认
Narrow模式（窄）（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围为1～63）。不适合大型网络（默认为窄）
Wide模式（宽）（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围是1～16777215）。适合大型网络
宽兼容窄
2.基于延迟
修改：协议视图：cost-style + 模式
进程下加入auto-cost enable命令，Narrow模式和Wide模式都会参考接口带宽大小计算开销值，只是参考准则有少许差异

ISIS的区域与区域间的访问：
骨干区域：所有的Level-2路由器和Level-1-2路由器构成一个连续的骨干区域（level-2区域）
Level-1-2路由器会将自己连接的Level-1区域的路由信息放进Level-2的LSP中，再泛洪给骨干区域中的其他Level-1-2路由器和Level-2路由器。所以骨干区域中的Level-1-2路由器和Level-2路由器会知道整个IS-IS路由域的路由信息
非骨干区域：所有连续的并且在同一个区域ID下的Level-1路由器和Level-1-2路由器构成一个非骨干区域（Level-1区域），Level-1区域只能连接到骨干区域，和其他的Level-1区域并不相连

1.骨干区域访问非骨干区域：
level-1-2路由器将level-1路由向level-2区域传递，那么level-2路由器就会有去往所有level-1的路由

2.非骨干区域访问骨干区域并且去访问其他区域：
level-1访问level-2区域，必须获取level-2的路由，还有level-1想访问其他level-1区域的路由，其他level-1区域的路由已经将全部发往level-2了，缺省路由；

总结：
     level-2区域去访问level-1区域是通过明细路由访问，因为level-1-2路由器会将level-1区域的路由向level-2区域传递，level-2区域的设备性能好，承载能力强
     level-1去访问level-2/其他level-1区域是通过缺省路由访问
                                                          该缺省路由由Level-1-2路由器产生ATT比特置位为1的LSP发布给Level-1区域
                  缺省下，Level-1-2路由器不会将其他Level-1区域以及Level-2区域的路由信息引入到Level-1区域。这样Level-1路由器不会学习到其他区域的路由信息，只能通过指向Level-1-2路由器的缺省路由访问其他区域的目的地址。在Level-1区域中有两台或者两台以上Level-1-2路由器的时候，Level-1路由器访问其他区域的目的地址可能无法选择最佳路径）-------可做路由渗透，将level-2路由引入level-1

路由渗透：指Level-1-2路由器将其他Level-1区域以及Level-2区域的路由信息引入到Level-1区域
作用：
为了将其他Level-1区域以及Level-2区域的路由信息通过Level-1-2路由器引入到Level-1区域，使Level-1路由器访问其他区域，解决次优路径
配置：
import-route level 2 into level 1

ISIS协议视图下：attached-bit advertise never 关闭ATT比特位产生的缺省路由，配合路由渗透使用

引入的Level-2路由，路由器不在重新发布出去

TLV编码：
TLV 编 码 方 式 ：
TLV 即 type-length-value. TLV 编 码 方 式 一 种 高 效 率 ， 扩 展 性 好 的 协 议 报 文 编 码 方 式 。 也 称 为 CLVG 码 (code-length-value)
T–Type 采 用 不 同 的 值 定 义 不 同 类 型
L—Length ： 整 个 TLV 三 元 组 的 长 度
V-Value ． 本 TLV 的 实 际 内 容 ， 最 車 要 的 部 分
TLV 编 码 的 优 点 ：
可 扩 展 性 好 ， 如 果 想 增 加 对 于 新 特 性 的 支 持 ， 只 需 增 加 新 的 TLV 类 型

ATT为1的LSP：
由level-1-2路由器生成，同区域level-1收到后，生成指向level-1-2的缺省路由
ATT为1条件：level-1-2和level-2必须处于不同区域

拓扑所体现的IS-IS与OSPF不同点：
在OSPF中，每个链路只属于一个区域；而在IS-IS中，每个链路可以属于不同的区域
在IS-IS中，单个区域没有物理的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级别的路由器分别采用SPF算法，分别生成最短路径树SPT；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与OSPF差异性：
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，使用TLV传递，结构简单，易于扩展 一般，本身是为IP特定开发的，支持IPv4和IPv6的OSPF协议是两个独立的版本
路由负载能力 超强 强