IS-IS协议详解（三）IS-IS路由计算过程：邻居建立、链路信息交换、路由计算

路由计算过程

IS-IS协议的路由计算过程与OSPF非常相似，只是在细节上有所不同。
OSPF的路由计算过程可参考以前的文章：OSPF（一）OSPF协议简介

1. 邻居关系建立：
   邻居关系建立主要是通过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。

2. 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（link state advertisement），而是LSP（link state PDU）；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。

3. 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。

这里主要介绍一下不同之处，详细内容请看下文。

邻居关系

IS-IS目前只支持点对点（P2P）和广播多路访问网络（Broadcast Multiple Access）。
其他的网络中需要进行额外的配置才能支持，如：在帧中继等特殊环境下，可以通过创建子接口支持P2P的网络类型。

邻居HELLO报文

HELLO报文的作用是邻居发现，协商参数并建立邻居关系，后期充当保活报文。

IS-IS建立邻居关系和OSPF一样，通过hello报文的交互来完成。但是会根据场景分为三种类型的hello报文。

HELLO报文在IS-IS中叫做：IIH（IS-IS Hello）

在P2P网络中

使用P2P IIH（point to point IS-IS Hello）。但是其没有表示DIS（虚节点）的相关字段。

在广播多路访问网络中

广播网中的Level-1 IS-IS使用L1 LAN IIH（Level-1 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0014。
广播网中的Level-2 IS-IS使用L2 LAN IIH（Level-2 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0015。

IIH报文需要通过填充字段用于邻居两端协商发送报文的大小。

邻居建立关系（交互Hello报文的过程）

同样，在邻居建立关系的过程中，我们还是分P2P网络和广播多路访问网络来讲。

P2P网络

在P2P网络中，路由器建立邻居关系步骤非常简单，只需要进行两次的报文交互即可（两次握手），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，不过容易存在单通风险。

在RFC3373中，P2P采用了三次握手的方式。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。

广播多路访问网络

在广播链路上，使用LAN IIH报文执行三次握手建立邻居关系。

如下图：RTA发送IIH报文，报文中包含自己的系统ID，邻居状态为：null（不知道邻居是谁），RTB接收到了报文之后，发现RTA发送过来的报文里面没有自己的系统ID，RTB进入initialized（初始化状态），然后给RTA发送自己IIH报文，里面包含了自己的系统ID，并宣告邻居是RTA，RTA收到之后进入UP状态，并回复IIH报文，RTB收到之后进入UP状态，此时邻居关系建立完成。然后进行DIS选举。

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。

DIS

DIS（Designated IS）：指定中间系统。又叫虚节点
伪节点是指在广播网络中由DIS创建的虚拟路由器。

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)。
OSPF中DR的选举课参考DR与BDR选举

在广播网络，需要选举DIS，所以在邻居关系建立后，路由器会等待两个Hello报文间隔再进行DIS的选举。

选举依据
Hello报文中包含Priority 字段，Priority值最大的将被选举为该广播网的DIS。若优先级相同，接口MAC地址较大的被选举为DIS。

IS-IS中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。

DIS与OSPF中DR对比

类比点	ISIS-DIS	OSPF-DR
选举优先级	所有优先级都参与选举	0优先级不参与选举
选举等待时间	2个Hello报文间隔	40s
备份	无	有（BDR）
邻接关系	所有路由器互相都是邻接关系	DRother之间是2-way关系
抢占性	会抢占	不会抢占
作用	周期发送CSNP，保障MA网络LSDB同步	主要为了减少LSA泛洪

注意：
选举等待时间：DIS选举时间只有两个HELLO报文间隔，时间短，所以不需要备份。而OSPF的DR选举间隔为40S，时间长，重新选举造成网络瘫痪时间多长，所以有BDR的存在。

链路状态信息的载体

ISIS TLV：

TLV实际上是一个数据结构，这个结构包含了这三个字段：

类型（TYPE），长度（LENGTH），值（VALUE）

许多报文都采用TLV，使用TLV结构构建报文的好处是灵活性和扩展性好。采用TLV使得报文的整体结构固定，增加新特点只需要增加新TLV即可。不需要改变整个报文的整体结构。
网络拓扑结构和路由信息用TLV结构表现使得报文的灵活性和扩展性得到了极大的发挥。

IS-IS中链路状态信息的载体分为两类：

1. LSP PDU（Link State Protocol PDU）：（PDU就是报文的意思）
   LSP类似于OSPF的LSA，承载的是完整链路状态信息，包含了拓扑结构和网络号。

   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。

LSP 报文中包含了两个重要字段是ATT字段、IS-Type字段：

其中ATT字段用于标识该路由是L1/L2路由器发送的，
IS-Type用来指明生成此LSP的IS-IS类型是Level-1还是Level-2 IS-IS。

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报文分为两种：

	实节点LSP
	伪节点LSP（只在广播链路存在，DIS发出）

2. SNP PDU（Sequence Number PDU）：
   SNP PDU用于维护LSDB的完整与同步，报文里包含的是摘要信息（与LSP的完整信息对应）

SNP报文中又分两种：

CSNP（Complete Sequence Number PDU）包括LSDB中所有LSP的摘要信息，从而可以在相邻路由器间保持LSDB的同步。
CSNP可理解为OSPF中的DD报文，传递的是LSDB里所有的链路信息摘要

lPSNP（Partial Sequence Number PDU）包含部分LSDB中的LSP摘要信息，能够对LSP进行请求和确认。
PSNP类似于OSPF的LSR或LSAck报文用于请求和确认部分链路信息。

注意：以上协议报文都分为Level-1、Level-2两种，在MA网络中所有协议报文的目的MAC都是组地址：

Level-1地址：0180-c200-0014
Level-2地址：0180-c200-0015

链路状态信息的交互

可以结合OSPF链路状态信息的交互来理解。OSPF（一）OSPF协议简介

P2P网络信息交互

如上图P2P网络LSDB同步过程：

举例说明步骤：
A、B两个图书馆（RTA、RTB）建立了友好的合作关系（建立邻居），两个图书管商量着合作，A图书馆历史书较多，B图书馆小说较多。两家想要互相补充一下各自所缺的书籍。这时，A图书馆首先发送给B图书馆一份书籍清单，清单上包含了A图书馆所有的书籍名称（CSNP：摘要信息），告诉B，我图书馆所有的书都在这份清单上，你没有的向我拿我再给你寄过来实体书。图书馆B收到之后，列出了B没有的书，然后发送请求告诉图书馆A这些书是我没有的（PSNP：请求）。图书馆A知道之后，就按照B发送过来的清单拿来实体书，然后打包发送给图书馆B（LSP：全部信息），图书馆B收到实体书之后，非常的开心，发送了一份感谢信给图书馆A（PSNP：确认），但是由于某些原因，感谢信丢失了。图书馆A没有收到。过了一段时间之后（LSP重传定时器超时），图书馆A认为B没有收到A送出去的实体书，出于担心，A又重新寄了一份实体书过去（重新发送LSP），图书馆B又收到了一份实体书，再次很感谢，这时他也明白了上次的感谢信A应该是没有收到，于是重新发送了一份感谢信给A（重传PSNP：确认）

对应的OSPF中也可拿这个举例，原理不变，只是报文变了一下而已

正经步骤：

建立邻居关系之后，RTA与RTB会先发送CSNP给对端设备。如果对端的LSDB与CSNP没有同步，则发送PSNP请求索取相应的LSP。
假定RTB向RTA索取相应的LSP，此时向RTA发送PSNP。RTA发送RTB请求的LSP的同时启动LSP重传定时器，并等待RTB发送PSNP作为收到LSP的确认。
如果在接口LSP重传定时器超时后，RTA还没有收到RTB发送的PSNP报文作为应答，则重新发送该LSP直至收到RTB的PSNP报文作为确认。

***注意：P2P网络CSNP报文只发送一次，邻居建立之后就立刻发送。

MA网络信息交互

MA网络中新加入的路由器与DIS 的LSDB同步交互过程：

举例说明步骤
A、B图书馆的合作越来越大，并确立了以图书馆B为老大的联盟（DIS）老大负责维护发送书籍清单等任务，这时C图书馆也加入了进来（MA网络）。这时图书馆A和B的图书数据库已经同步（LSDB同步），图书馆C加进来之后，为了表达诚意，直接给老成员A和B送了自己独有的实体书（LSP），老大B收到了书之后，将书籍加入到联盟的图书数据库中（将RTC的LSP信息加入到LSDB中），然后围为了联盟的共同稳定发展，老大定期（10s）在联盟内部发送书籍清单（CSNP），来保证三家图书馆的书籍都是全的。由于图书馆C是刚加入进来的，他还没有A、B的书籍，当收到老大B发送的书籍清单之后（CSNP），C看了清单，列举了C没有的书籍，然后给老大发送请求（PSNP），老大知道了之后，就给C寄出实体书籍（LSP：注意：这里的是伪节点LSP）

正经步骤

假设新加入的路由器RTC已经与RTB（DIS）和RTA建立了邻居关系。
建立邻居关系之后，RTC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RTC的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时**（DIS每隔10秒发送CSNP报文）**并发送CSNP 报文，进行该网络内的LSDB同步。
RTC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（如RTA和RTB的LSP就没有）。
RTB作为DIS收到该PSNP报文请求后向RTC发送对应的LSP进行LSDB 的同步。

注意：lMA网络CSNP报文只由DIS组播发送，时间默认为10秒。

路由算法

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路由计算的开销方式：

Narrow模式（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）。

Wide模式（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）。

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。