IS-IS理论知识详解（一）

IS-IS理论知识详解一

中间系统到中间系统IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）属于内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol），用于自治系统内部。IS-IS也是一种链路状态协议，使用最短路径优先SPF（Shortest Path First）算法进行路由计算。

IS-IS是国际标准化组织ISO（the International Organization for Standardization）为它的无连接网络协议CLNP（ConnectionLess Network Protocol）设计的一种动态路由协议。

随着TCP/IP协议的流行，为了提供对IP路由的支持，IETF（Internet Engineering Task Force ）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（Open System Interconnection）环境中，称为集成IS-IS（Integrated IS-IS或Dual IS-IS）。

本文中所指的IS-IS，如不加特殊说明，均指集成IS-IS。

随着IPv6网络的建设，同样需要动态路由协议为IPv6报文的转发提供准确有效的路由信息。IS-IS路由协议结合自身具有良好的扩展性的特点，实现了对IPv6网络层协议的支持，可以发现、生成和转发IPv6路由。

2、IS-IS拓扑结构

为了支持大规模的路由网络，IS-IS在自治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，将Level-1路由器部署在非骨干区域，Level-2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。

图1 IS-IS拓扑结构图一

如上图1所示为一个运行IS-IS协议的网络，它与OSPF的多区域网络拓扑结构非常相似。整个骨干区域不仅包括Area1中的所有路由器，还包括其它区域的Level-1-2路由器。

图2 IS-IS拓扑结构图二

如上图2所示是IS-IS的另外一种拓扑结构图。在这个拓扑中，Level-2级别的路由器没有在同一个区域，而是分别属于不同的区域。此时所有物理连续的Level-1-2和Level-2路由器就构成了IS-IS的骨干区域。

通过以上两种拓扑结构图可以体现IS-IS与OSPF的不同点：

在IS-IS中，每个路由器都只属于一个区域；而在OSPF中，一个路由器的不同接口可以属于不同的区域。

在IS-IS中，单个区域没有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级别的路由都采用SPF算法，分别生成最短路径树SPT（Shortest Path Tree）；而在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。

3、IS-IS路由器的分类

1、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（Link State Database），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。

2、Level-2路由器

Level-2路由器负责区域间的路由，它可以与同一或者不同区域的Level-2路由器或者其它区域的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包含区域间的路由信息。

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。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。

3、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，也可以与其他区域的Level-2和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。

4、IS-IS的网络类型

IS-IS只支持两种类型的网络，根据物理链路不同可分为：广播链路：如Ethernet、Token-Ring等；点到点链路：如PPP、HDLC等。

对于NBMA（Non-Broadcast Multi-Access）网络，需对其配置子接口，并注意子接口类型应配置为P2P。IS-IS不能在点到多点链路P2MP（Point to MultiPoint）上运行。

5、IS-IS的DIS和伪节点

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（Designated Intermediate System）。DIS用来创建和更新伪节点（Pseudonodes），并负责生成伪节点的链路状态协议数据单元LSP（Link state Protocol Data Unit），用来描述这个网络上有哪些网络设备。

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。

图3 IS-IS伪节点示意图

如上图3所示，使用伪节点可以简化网络拓扑，使路由器产生的LSP长度较小。另外，当网络发生变化时，需要产生的LSP数量也会较少，减少SPF的资源消耗。

Level-1和Level-2的DIS是分别选举的，用户可以为不同级别的DIS选举设置不同的优先级。

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。不同级别的DIS可以是同一台路由器，也可以是不同的路由器。

IS-IS协议中DIS与OSPF协议中DR（Designated Router）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路由器之间也会形成邻接关系。而在OSPF中，路由器只与DR和BDR建立邻接关系。

IS-IS广播网上所有的路由器之间都形成邻接关系，但LSDB的同步仍然依靠DIS来保证。

图4 IS-IS协议的地址结构示意图

网络服务访问点NSAP（Network Service Access Point）是OSI协议中用于定位资源的地址。NSAP的地址结构如上图4所示，它由IDP（Initial Domain Part）和DSP（Domain Specific Part）组成。IDP和DSP的长度都是可变的，NSAP总长最多是20个字节，最少8个字节。

IDP相当于IP地址中的主网络号。它是由ISO规定，并由AFI（Authority and Format Identifier）与IDI（Initial Domain Identifier）两部分组成。AFI表示地址分配机构和地址格式，IDI用来标识域。

DSP相当于IP地址中的子网号和主机地址。它由High Order DSP、System ID和SEL三个部分组成。High Order DSP用来分割区域，System ID用来区分主机，SEL（NSAP Selector）用来指示服务类型。

1、Area Address

IDP和DSP中的High Order DSP一起，既能够标识路由域，也能够标识路由域中的区域，因此，它们一起被称为区域地址（Area Address），相当于OSPF中的区域编号。同一Level-1区域内的所有路由器必须具有相同的区域地址，Level-2区域内的路由器可以具有不同的区域地址。

一般情况下，一个路由器只需要配置一个区域地址，且同一区域中所有节点的区域地址都要相同。为了支持区域的平滑合并、分割及转换，在设备的实现中，一个IS-IS进程下最多可配置3个区域地址。

2、System ID

System ID用来在区域内唯一标识主机或路由器。在设备的实现中，它的长度固定为48bit（6字节）。

在实际应用中，一般使用Router ID与System ID进行对应。假设一台路由器使用接口Loopback0的IP地址168.10.1.1作为Router ID，则它在IS-IS中使用的System ID可通过如下方法转换得到：

将IP地址168.10.1.1的每个十进制数都扩展为3位，不足3位的在前面补0，得到168.010.001.001。

将扩展后的地址分为3部分，每部分由4位数字组成，得到1680.1000.1001。重新组合的1680.1000.1001就是System ID。

实际System ID的指定可以有不同的方法，但要保证能够唯一标识主机或路由器。

3、SEL

SEL的作用类似IP中的“协议标识符”，不同的传输协议对应不同的SEL。在IP上SEL均为00。

网络实体名称NET（Network Entity Title）指的是设备本身的网络层信息，可以看作是一类特殊的NSAP（SEL＝00）。NET的长度与NSAP的相同，最多为20个字节，最少为8个字节。在路由器上配置IS-IS时，只需要考虑NET即可，NSAP可不必去关注。

例如有NET为：ab.cdef.1234.5678.9abc.00，则其中Area Address为ab.cdef，System ID为1234.5678.9abc，SEL为00。