ISIS路由协议

IS-IS概述

isis是intermediate system to intermediate system 的简称。
IS-IS最初是国际标准化组织ISO为它的无连接网络协议CLNP设计的一种动态路由协议。
IETF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，称为集成IS-IS。
集成IS-IS能够同时应用在TCP/IP和OSI环境中。后续提到的IS-IS协议，如无特殊说明均为集成IS-IS。
isis是基于SFP算法的链路状态协议，也是一种内部网关协议。
适用于大型网络。

IS-IS常用术语

CLNS：无连接网络服务
CLNS由以下三个协议构成：
CLNP：类似于TCP/IP中的IP协议；
IS-IS：中间系统间的路由协议，即路由器之间的协议；
ES-IS：主机系统与中间系统间的协议，相当于IP中的ARP，ICMP等。
NSAP：OSI协议通过NSAP（Network Service Access Point）来寻址OSI网络中处于传输层的各种服务，即NSAP类似于IP地址。

IS-IS整体拓扑

为了支持大规模路由网络，IS-IS在自制系统内采用骨干区域与非骨干区域两级的分层结构。一般来说

Level-1路由器部署在非骨干区域
Level2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

拓扑介绍
拓扑中为一个运行IS-IS协议的网络，整个骨干区域不仅包括Area 47.0001中的所有路由器，还包括其它区域的Level-1-2路由器。
Level-2级别的路由器可以不在同一个区域，即可以属于不同的区域。
拓扑体现出的IS-IS与OSPF不同点
OSPF中一条链路只属于一个区域；IS-IS中一条链路可以跨越不同的区域。
OSPF中Area0被定义为骨干区域；IS-IS中Backbone指的不是一个特定的区域。
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网来转发；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。

IS-IS路由器分类

Level-1路由器

Level-1路由器负责区域内的路由，它只与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻居关系，属于不同区域的Level-1路由器不能形成邻居关系。 Level-1路由器只负责维护Level-1的链路状态数据库LSDB，该LSDB包含本区域的路由信息。
到本区域外的报文转发给最近的Level-1-2路由器。
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

Level-2路由器负责区域间的路由，它可以与位于同一区域或者不同区域的Level-2及Level-1-2路由器形成邻居关系。
Level-2路由器维护一个Level-2的LSDB，该LSDB包含IS-IS所有区域的路由信息。
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。

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，它可以与同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成Level-1邻居关系；也可以与同一或者不同区域的Level-2路由器形成Level-2的邻居关系；还可以与同一或不同区域的Level-1-2路由器形成Level-2的邻居关系。
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-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。

IS-IS网络类型

IS-IS支持的网络类型

点对点网络：PPP、HDLC等链路
广播网络：Ethernet链路
NBMA网络：帧中继

广播链路：DIS和为节点

DIS：Designated Intermediate system 指定中间系统
功能：在广播网络实现更高效的数据库同步。

DIS

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。
Level-1和Level-2的DIS是分别选举的。
DIS优先级数值最大的被选为DIS。如果优先级数值最大的路由器有多台，则其中MAC地址最大的路由器会被选中。
同一台路由器在不同level的DIS选举中可以设置不同的优先级。
优先级为0的路由器也参与DIS的选举，且DIS选举支持抢占。
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，但LSDB的同步仍然依靠DIS来保证。
DIS用来创建和更新伪节点，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

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和一个字节的Circuit ID（非0值）标识。
使用伪节点可以简化网络拓扑。
当网络发生变化时，需要产生的LSP数量较少，减少进行SPF运算时的资源消耗。

ISIS DIS与OSPF DR/BDR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。

IS-IS报文类型

Hello PDU(IIH)用于建立与维持邻居关系

Level-1 LAN IIH：用于广播网中Level-1 IS-IS使用
Level-2 LAN IIH：用于广播网中Level-2 IS-IS使用
P2P IIH：用于非广播网中使用

注：

P2P IIH相对于LAN IIH来说，多了一个表示本地链路ID的Local Circuit ID字段，缺少了表示广播网中DIS的优先级的Priority字段和表示DIS和伪节点System ID的LAN ID 字段。
通过填充字段将IIH报文扩展到MTU大小，用于邻居之间协商发
送报文的大小。

LSP PDU用于交换链路状态信息

Level-1 LSP：由Level-1 IS-IS传送。
Level-2 LSP：由Level-2 IS-IS传送。

注：

Level-1-2 IS-IS 则可传送以上两种LSP。
LSP 报文中包含的主要字段有ATT字段、 OL字段和IS-Type字段。其中ATT用于标识该路由是L1/L2发送的，OL字段后续部分会介绍，IS-Type用来指明生成此LSP的IS-IS类型是Level-1还是Level-2 IS-IS（01表示Level-1，11表示Level-2）。
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。

SNP PDU(序列号报文)用于维护LSDB完整与同步，且为摘要信息

CSNP
++ Level 1 CSNP
++ Level 2 CSNP
PSNP
++ Level 1 PSNP
++ Level 2 PSNP

注：

CSNP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。在广播网络上，CSNP由DIS定期发送（缺省的发送周期为10 秒）；在点到点链路上，CSNP 只在第一次建立邻接关系时发送。
PSNP包含部分LSDB中的LSP摘要信息，能够对LSP进行请求和确认。发现LSDB不同步时，也用PSNP来请求邻居发送新的LSP。

IS-IS形成邻居关系的条件

同一层次：Level-2路由器不能和Level-1路由器形成邻居关系，但是Level-1-2路由器既能和同一区域的Level-1路由器形成Level-1邻居关系又能和相同或者不同区域Level-2路由器形成Level-2邻居关系。
同一区域：Level-1路由器只能与同一区域的Level-1路由器或者Level-1-2路由器形成Level-1邻居关系。
同一网段：链路两端IS-IS接口的地址必须处于同一网段。
相同网络类型：
- 根据原理，IS-IS 邻居关系的形成与IP 地址无关的，所以容易导致相互形成邻居关系的路由器间处于不同的IP网段。为了解决这一问题，华为设备进行同一网段检查，保证邻居关系的正确建立。
- 如果不需要检查对端地址，在P2P网络中，可以配置接口忽略IP地址检查；在广播网络中，需要先在接口下将网络类型修改成P2P网络，然后才可以配置接口忽略IP地址检查。

IS-IS邻接关系的建立

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居关系。在不同类型的网络上，IS-IS 的邻居建立方式并不相同。

1、广播网络中邻接关系的建立

在广播网络上，使用LAN IIH报文来建立邻接关系。有两种类型的LANIIH：L1 LAN IIH（组播MAC:01-80-C2-00-00-14）和L2 LAN IIH（组播MAC:01-80-C2-00-00-15）。 Level-1路由器通过交互L1 LANIIH报文来建立邻接关系；Level-2路由器通过交互L2 LAN IIH报文来建立邻接关系；Level-1-2路由器会同时交互L1 LAN IIH报文和L2 LAN IIH报文来建立邻接关系。

以两台L2路由器在广播链路上建立邻居关系为例：
在这里插入图片描述

R1组播发送Level-2 LAN IIH（组播MAC:01-80-C2-00-00-15），此报文中无邻居标识。
R2收到此报文后，将自己和R1的邻居状态标识为Initial。然后，R2再组播向R1回复Level-2 LAN IIH，此报文中标识R1为R2的邻居。
R1收到此报文后，将自己与R2的邻居状态标识为Up。然后R1再组播向R2发送一个标识R2为R1邻居的Level-2 LAN IIH。
R2收到此报文后，将自己与R1的邻居状态标识为Up。这样，两个路由器成功建立了邻居关系。

因为是广播网络，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。 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时间间隔为10/3秒，而其他非DIS路由器发送Hello间隔为10秒。

IS-IS和OSPF关于邻接关系的区别

IS-IS两个邻居路由器只要相互交换HELLO数据包就认为相互形成了邻接关系；而OSPF中，两台路由器进入2-Way状态则被认为形成了邻居关系，只有进入Full状态才被认为建立了邻接关系。
IS-IS中，优先级为0的路由器也可以参与DIS选举；而OSPF端口优先级为0表示不参与DR选举。
IS-IS中，DIS是基于抢占的；OSPF中DR/BDR选举结束后不得被抢占

2、P2P邻接关系的建立

在P2P网络上，邻居关系的建立不同于广播网络,分为两次握手机制和三次握手机制。
在这里插入图片描述
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

此方式通过三次发送P2P的IS-IS Hello PDU最终建立起邻居关系，类似广播网络中邻居关系的建立。

IS-IS LSP交互过程

1、广播网络中LSP的交互过程

广播网络中LSP的交互过程
新加入的路由器与DIS LSDB同步交互过程

假设新加入的路由器R3已经与R2（DIS）和R1建立了邻居关系。
建立邻居关系之后，R3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R3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。
R3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R3发送对应的LSP进行LSDB 的同步。

上述过程中DIS的LSDB 更新过程如下

DIS接收到LSP，在数据库中搜索对应的记录。若没有该LSP，则将其加入数据库，并组播新数据库内容。
若收到的LSP序列号大于本地LSP的序列号，就替换为新报文，并组播新数据库内容；若收到的LSP序列号小于本地LSP的序列号，就向入端接口发送本地LSP报文。
若两个序列号相等，则比较Remaining Lifetime（剩余生存时间）。若收到的LSP 的Remaining Lifetime 小于本地LSP 的Remaining Lifetime，就替换为新报文，并组播新数据库内容；若收到的LSP 的Remaining Lifetime 大于本地LSP 的Remaining Lifetime，就向入端接口发送本地LSP 报文。
若两个序列号和Remaining Lifetime都相等，则比较Checksum。若收到的LSP的Checksum大于本地LSP 的Checksum，就替换为新报文，并组播新数据库内容；若收到的LSP的Checksum小于本地LSP的Checksum，就向入端接口发送本地LSP报文。
若两个序列号、 Remaining Lifetime 和Checksum 都相等，则不转发该报文。

2、P2P网络中LSP的交互过程

P2P网络LSDB同步过程

建立邻居关系之后，R1与R2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R2向R1索取相应的LSP。则R1发送R2请求的LSP的同时启动LSP重传定时器，并等待R2发送的PSNP作为收到LSP的确认。
如果在接口LSP重传定时器超时后，R1还没有收到R2发送的PSNP报文作为应答，则重新发送该LSP直至收到PSNP报文。

在P2P链路中设备的LSDB 更新过程如下

若收到的LSP比本地的序列号更小，则直接给对方发送本地的LSP，然后等待对方给自己一个PSNP报文作为确认；若收到的LSP比本地的序列号更大，则将这个新的LSP 存入自己的LSDB，再通过一个PSNP 报文来确认收到此LSP，最后再将这个新LSP发送给除了发送该LSP的邻居以外的邻居。
若收到的LSP序列号和本地相同，则比较Remaining Lifetime，若收到LSP的Remaining Lifetime 小于本地LSP的RemainingLifetime，则将收到的LSP存入LSDB中并发送PSNP报文来确认收到此LS，然后将该LSP发送给除了发送该LSP的邻居以外的邻居；若收到LSP的Remaining Lifetime大于本地LSP的Remaining Lifetime，则直接给对方发送本地的LSP，然后等待对方给自己一个PSNP报文作为确认。
若收到的LSP和本地LSP的序列号和Remaining Lifetime都相同，则比较Checksum，若收到LSP的Checksum大于本地LSP的Checksum，则将收到的LSP存入LSDB中并发送PSNP报文来确认收到此LSP，然后将该LSP发送给除了发送该LSP的邻居以外的邻居；若收到LSP的Checksum小于本地LSP的Checksum，则直接给对方发送本地的LSP，然后等待对方给自己一个PSNP报文作为确认。
若收到的LSP和本地LSP的序列号、 Remaining Lifetime和Checksum都相同，则不转发该报文。

在P2P网络中，PSNP的作用

作为Ack应答以确认收到的LSP。
用来请求所需的LSP。