ISIS 协议原理

1. ISIS协议原理 数据网维护管理处 2007年1月 中国电信集团公司网络运行维护事业部

2. 前 言 集成IS-IS是基于链路状态技术的路由协议，能够同时支持CLNP和IP网络层协议。随着多年的发展，IS-IS目前已经成为业界尤其是大型ISP最广泛应用的IGP协议之一。 中国电信集团公司网络运行维护事业部

3. 目 标 学习完此课程，您将会： • 了解IS-IS协议的发展史 • 掌握IS-IS协议的工作原理 • 掌握IS-IS协议与OSPF协议的异同 中国电信集团公司网络运行维护事业部

4. 内容介绍 第1章 IS-IS协议概述 第2章 IS-IS协议工作原理 第3章 IS-IS vs. OSPF 中国电信集团公司网络运行维护事业部

5. 内容介绍 • 第1章 IS-IS协议概述 • 第1节 IS-IS协议发展史 • 第2节 IS-IS协议基本特点 • 第3节 IS-IS协议基本概念 中国电信集团公司网络运行维护事业部

6. IS-IS协议的发展史 • IS-IS的产生 IS-IS最早是ISO为CLNP(Connectionless Network Protocol)而设计的动态路由协议 (ISO/IEC 10589或RFC 1142) • IS-IS的发展 IETF在RFC1195中增加了IS-IS对于IP的支持，IS-IS发展成为Integrated IS-IS(或者称为Dual IS-IS) 中国电信集团公司网络运行维护事业部

7. 内容介绍 • 第1章 IS-IS协议概述 • 第1节 IS-IS协议发展史 • 第2节 IS-IS协议基本特点 • 第3节 IS-IS协议基本概念 中国电信集团公司网络运行维护事业部

8. IS-IS协议基本特点(一) 属于ISO协议族 • IS-IS是ISO定义的OSI协议栈中无连接网络服务CLNS (Connectionless Network Service)的一部分 • 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 • ES-IS：主机系统与中间系统间的协议，就象IP中的ARP，ICMP，IRDP等 中国电信集团公司网络运行维护事业部

9. IS-IS协议基本特点(二) • 直接运行于链路层之上 与大多数路由协议不同，IS-IS 直接运行于链路层之上 中国电信集团公司网络运行维护事业部

10. IS-IS协议基本特点(三) • 链路状态路由协议 • 与OSPF功能类似，但是各有特点 • 支持IP，OSI两种路由 • 可以在IP和OSI双重环境中工作 • 支持灵活的TLV编址方式，协议扩展性好 • 路由收敛速度快，结构清晰，适合于大规模网络。近年来得到越来越广泛的应用 中国电信集团公司网络运行维护事业部

11. IS-IS协议基本特点(四) • 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CLV编码(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，最重要的部分 • 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 中国电信集团公司网络运行维护事业部

12. 内容介绍 • 第1章 IS-IS协议概述 • 第1节 IS-IS协议发展史 • 第2节 IS-IS协议基本特点 • 第3节 IS-IS协议基本概念 中国电信集团公司网络运行维护事业部

13. IS-IS协议相关术语(一) 中国电信集团公司网络运行维护事业部

14. IS-IS协议相关术语(二) 中国电信集团公司网络运行维护事业部

15. OSI网络层地址编码方式 • NSAP即Network Service Access Point，相当于OSI的网络层协议CLNP的地址。 • 一个NSAP由三个部分组成：区域地址，System ID和n-selector OSI网络层地址编码方式: NSAP 中国电信集团公司网络运行维护事业部

16. NET • NET即Network Entity Titles，是一个特殊的NSAP地址，其中n-selector部分为0 • NET是OSI协议栈中网络设备本身的标识 • 作为特殊的NSAP，一个NET至少为8个字节，最多20个字节 网络标识实体: NET 中国电信集团公司网络运行维护事业部

17. 分层 • 层次性：IS-IS有两个级别，区分两个层次 • Level-1：普通区域(Areas)叫Level-1(L1) • Level-2 ：骨干区(Backbone)叫Level-2(L2) • 骨干区Backbone是连续的Level2路由器的集合；由所有的L2(含L1/L2)路由器组成，注意必须是连续(连通)的 • L1和L2运行相同的SPF算法 • 一个路由器可能同时参与L1和L2 中国电信集团公司网络运行维护事业部

18. L1 Area 49.0001 L1 L1 Area 49.0003 L12 L12 L2 Backbone L12 L1 Area 49.0002 L1 IS-IS的分层路由域 中国电信集团公司网络运行维护事业部

19. Level-1路由器 • 只与本区域的路由器形成邻居 • 只参与本区域内的路由，只保留本区域的数据库信息 • 通过与自己相连的L1/2路由器的ATT bit寻找与自己最近的L1/2路由器 • 通过发布指向离自己最近的L1/2路由器的缺省路由，访问其他区域 中国电信集团公司网络运行维护事业部

20. Level-2路由器 • 可以与其他区域的L2路由器形成邻居 • 参与骨干区的路由 • 保存整个骨干区的路由信息 • L1/2路由器同时可以参与L1路由 中国电信集团公司网络运行维护事业部

21. Level-1-2路由器 • 可以和本区域的任何级别路由器形成邻居关系；可以和其它区域相邻的L2或L1/L2路由器形成邻居关系 • 可能有两个级别的链路状态数据库 • L1用来作为区域内路由；L2用来作为区域间路由 • 完成它所在的区域和骨干之间的路由信息的交换，将L1 LSDB中的路由信息转换到L2 LSDB中，以在骨干中传播，既承担L1的职责也承担L2的职责 • 通常位于区域边界上 L1/L2 路由器 中国电信集团公司网络运行维护事业部

22. L1 Area 49.0001 L1 L1 Area 49.0003 L12 L1L2 L1 错！该路由器必须是L2的，以保证骨干区的连续性!!! Backbone L12 L1 Area 49.0002 L1 骨干区的连续性 中国电信集团公司网络运行维护事业部

23. L1 Area 49.0001 L1 L1 Area 49.0003 L12 L1L2 L2 正确，该路由器必须是L2的，保证了骨干区的连续性!!! Backbone L12 L1 Area 49.0002 L1 骨干区的连续性 中国电信集团公司网络运行维护事业部

24. 区域 • IS-IS允许将整个路由域分为多个区域 • 区域之间通过L2(L1/L2)路由器相连接 • 一个路由器目前最多有3个Area ID(IOS和VRP的实现) • 一个路由器必须整个属于某个区域，而不能象OSPF那样是同一台路由器上不同的接口可以属于不同的区域 • 对于Level-1路由器来说，只有属于同一区域才可以建立邻居，对于Level-2路由器则没有此同一区域限制 区域（Areas） 中国电信集团公司网络运行维护事业部

25. IS-IS协议适用的网络类型 • P-2-P网络 • PPP • 广播网络 • Ethernet，Token Ring等 • IS-IS协议不能真正支持NBMA网络，可以将NBMA链路配置成子接口来支持。子接口类型为：P-2-P或者广播网络 网络类型 中国电信集团公司网络运行维护事业部

26. IS-IS协议的报文类型 IS-IS协议的9种报文类型 • IS-IS Hello Packets (IIH) • Level 1 LAN IS-IS Hello • Level 2 LAN IS-IS Hello • Point-to-point Hello • Link State Packets (LSP) • Level 1 LSP和 Level 2 LSP • Complete Sequence Number packets (CSNP) • Level 1 CSNP和 Level 2 CSNP • Partial Sequence Number Packets (PSNP) • Level 1 PSNP和 Level 2 PSNP 中国电信集团公司网络运行维护事业部

27. 内容介绍 第1章 IS-IS协议概述 第2章 IS-IS协议工作原理 第3章 IS-IS vs. OSPF 中国电信集团公司网络运行维护事业部

28. 内容介绍 • 第2章 IS-IS协议工作原理 • 第1节 邻接关系的建立 • 第2节 链路状态数据库的泛洪 • 第3节 路由的计算 中国电信集团公司网络运行维护事业部

29. IS-IS邻接关系建立 • 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接关系。在不同类型的网络上，IS-IS的邻接建立方式并不相同。目前IS-IS支持如下两类网络： • 点到点网络 • 广播网络 • IS-IS邻接关系建立需要遵循的基本原则 • 只有同一层次的相邻路由器才有可能成为邻接体 • 对于Level-1路由器来说要求区域号一致 • 同一网段检查 中国电信集团公司网络运行维护事业部

30. 点到点邻接关系 • 点到点邻接关系建立特点 L1: 0010.0000.0001 L1: 0010.0000.0002 IIH neighbor 0010.0000.0002 null IIH IIH (Circuit Type: L1, source id:0010.0000.0001, holding timer:30s, supported protocol: IP ) neighbor 0010.0000.0002 up IIH (Circuit Type: L1, source id:0010.0000.0002, holding timer:30s, supported protocol: IP ) IIH IIH 中国电信集团公司网络运行维护事业部

31. 广播网络上邻接关系 • 广播网上邻接关系建立特点 L1: sys id: 1 L1: sys id: 2 multicast IIH (sys id=1, neighbor=null) multicast Neighbor 2 initialized IIH (sys id=2, neighbor=null) IIH (sys id=2, neighbor=1) neighbor2 established IIH IIH 中国电信集团公司网络运行维护事业部

32. 广播网上的指定路由器：DIS • DIS：Designated IS 指定中间系统，相当于OSPF的DR • 功能：在广播网络中创建和更新伪结点 • 伪节点的定义及优点 DIS 伪节点 中国电信集团公司网络运行维护事业部

33. DIS选举规则 • DIS由LAN IIH报文选举，具备最高优先级的路由器会被当选。如果所有路由器优先级相同，则最高MAC地址者当选 • Level-1和Level-2的DIS是分别选举的，选举结果可能不是同一个IS • DIS发送Hello数据包的时间间隔 是普通路由器的1/3，这样可以保证DIS失效可以被快速检测到 • 与OSPF不同，它的选举是抢占式，可预见的；IS-IS中不存在备份DIS，当一个DIS不能工作时，直接选举另一个 中国电信集团公司网络运行维护事业部

34. 内容介绍 • 第2章 IS-IS协议工作原理 • 第1节 邻接关系的建立 • 第2节 链路状态数据库的泛洪 • 第3节 路由的计算 中国电信集团公司网络运行维护事业部

35. 链路状态协议数据单元：LSP • 以下三个标志组合起来用来唯一标识一个LSP • SourceID(产生该LSP的结点或伪结点的SysID)； • 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) • LSP id例子：00c0.0040.1234.01--00,　其中： • SourceID：00c0.0040.1234 • Pseudonode ID：01(表明为伪结点产生的) • 分片号：0 中国电信集团公司网络运行维护事业部

36. LSP 序列号 • 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IS-IS时候，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 中国电信集团公司网络运行维护事业部

37. LSP 生存时间 • LSP Remaining lifetime： • 每个LSP(含LSP分片)都有一个变化的生存时间相联系，用于老化旧的LSPs • 当生存时间超时，LSP将从网络中清除 中国电信集团公司网络运行维护事业部

38. 完全时序协议数据单元：CSNP • CSNP分为两种：Level 1 CSNP和Level 2 CSNP • CSNP用于在泛洪LSPDB时数据库同步，以范围来描述数据库LSDB中的所有的LSPs 全时序协议数据单元 中国电信集团公司网络运行维护事业部

39. 部分协议数据单元PSNP 部分时序协议数据单元 • PSNP分为两种：Level 1 PSNP和Level 2 PSNP • PSNP的主要功能： • 在点到点(P2P)链路上路由器用来作为Ack应答以确认收到某个LSP； • 用来请求接收最新的LSP，当路由器从邻居接收到CSNP时，通过比较自己的LSPDB注意到缺少了部分数据(或自己的LSP比较旧)，路由器发送PSNP请求相应的LSP，以保持同步。 • 和CSNP一样，PSNP在头中利用LSPid，Sequence Number，Remainning lifetime, LSP checksum来描述LSP 中国电信集团公司网络运行维护事业部

40. IS-IS数据库交换过程 • 进行数据库交换(flooding)的原因 • 所有的路由器都产生一个LSP(可能分片)，放在自己的数据库中 • 所有的LSP都要复制并发送到网络中的所有其他路由器，如果数据库不同步的话，路由计算就可能错误，可能引起路由环路 • 可靠的flooding是IS-IS SPF路由计算算法的重要基础，而这两者是IS-IS作为链路状态路由协议最重要的两个组成部分 中国电信集团公司网络运行维护事业部

41. IS-IS数据库交换过程 • 产生新的LSP的时机： • 邻接关系建立起来或down掉 • IS-IS相关接口up/down • 引入的IP路由发生变化 • 区域间的IP路由发生变化 • 接口被赋了新的metric值 • 周期性更新 • 其他 中国电信集团公司网络运行维护事业部

42. IS-IS数据库交换过程 • 收到邻居新的LSP的处理过程： • 将新的LSP安装到自己的LSPDB数据库中标记为flooding • 发送新的LSP到所有邻居 • 邻居再扩散到其它邻居 中国电信集团公司网络运行维护事业部

43. 广播网络数据库交换 • 由DIS周期性的发送CSNP • 中间系统接收到报文，在数据库中搜索对应的记录。若记录不存在，则将其加入数据库，并广播新数据库内容。 • 否则，若数据库中的序列号小于报文中序列号，就替换为新报文，并广播新数据库内容。 • 否则，若数据库中序列号较大，就向入端接口发送一个包含本地数据库值的新报文。 • 否则，若两个序列号相等，则不做任何事情。 中国电信集团公司网络运行维护事业部

44. 广播网络数据库交换 RTA RTC RTB(DIS) LSP RTC.00-00 CSNP RTA.00-00 RTB.00-00 RTB.01-00 RTC.00-00 PSNP RTA.00-00 RTB.01-00 RTB.00-00 LSP RTA.00-00 RTB.01-00 RTB.00-00 中国电信集团公司网络运行维护事业部

45. P-2-P链路数据库交换 • 如果收到的LSP比已有的序列号更大，则将这个新的LSP存入自己的LSDB中，再通过一个PSNP报文来确认收到此LSP，最后将这个新LSP再接着发到所有其他邻居 • 如果收到的LSP和已有的具有相同的序列号，则直接通过一个PSNP报文确认收到此LSP。 • 如果收到的LSP比已有的序列号更小，则通过一个PSNP报文确认此LSP，再发送给对方我们版本的LSP，然后等待对方给我一个PSNP报文作为回答 中国电信集团公司网络运行维护事业部

46. 点到点网络数据库交换 RTA PPP RTB LSP RTA.00-00 PSNP RTA.00-00 发送应答 LSP RTA.00-00 超时重传 PSNP RTA.00-00 重新发送应答 中国电信集团公司网络运行维护事业部

47. Attach bit位的产生 ATT位的功能 Backbone Area 49.0002 Area 49.0001 RTA RTC 10 30 RTF 10 10 RTE RTB RTD RTG Area 2 10 中国电信集团公司网络运行维护事业部

48. 内容介绍 • 第2章 IS-IS协议工作原理 • 第1节 邻接关系的建立 • 第2节 链路状态数据库的泛洪 • 第3节 路由的计算 中国电信集团公司网络运行维护事业部

49. SPF算法 • Shortest Path First最短路径优先算法，也叫Dijkstra(荷兰数学家)算法，在链路状态路由协议中用来计算到网络的最短路径 • 以路由器为根，依据网络拓扑生成一棵最短路径树(SPT)，计算出到网络中所有目的地的最短路径 • 在IS-IS中，SPF算法分别独立的在Level-1和Level-2数据库中运行 中国电信集团公司网络运行维护事业部

50. SPF算法举例 A 6 1 1 RTB RTD B 2 1 2 RTA E 5 1 1 1 RTC RTE D C 中国电信集团公司网络运行维护事业部