IS-IS理論知識詳解一
1、IS-IS簡介
中間系統到中間系統IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）屬於內部網關協議IGP（Interior Gateway Protocol），用於自治系統內部。IS-IS也是一種鏈路狀態協議，使用最短路徑優先SPF（Shortest Path First）算法進行路由計算。
IS-IS是國際標準化組織ISO（the International Organization for Standardization）為它的無連接網絡協議CLNP（ConnectionLess Network Protocol）設計的一種動態路由協議。
隨著TCP/IP協議的流行，為了提供對IP路由的支持，IETF（Internet Engineering Task Force ）在RFC1195中對IS-IS進行了擴充和修改，使它能夠同時應用在TCP/IP和OSI（Open System Interconnection）環境中，稱為集成IS-IS（Integrated IS-IS或Dual IS-IS）。
本文中所指的IS-IS，如不加特殊說明，均指集成IS-IS。
隨著IPv6網絡的建設，同樣需要動態路由協議為IPv6報文的轉發提供準確有效的路由信息。IS-IS路由協議結合自身具有良好的擴展性的特點，實現了對IPv6網絡層協議的支持，可以發現、生成和轉發IPv6路由。
2、IS-IS拓撲結構
為了支持大規模的路由網絡，IS-IS在自治系統內採用骨幹區域與非骨幹區域兩級的分層結構。
一般來說，將Level-1路由器部署在非骨幹區域，Level-2路由器和Level-1-2路由器部署在骨幹區域。每一個非骨幹區域都通過Level-1-2路由器與骨幹區域相連。
圖1 IS-IS拓撲結構圖一
如上圖1所示為一個運行IS-IS協議的網絡，它與OSPF的多區域網絡拓撲結構非常相似。整個骨幹區域不僅包括Area1中的所有路由器，還包括其它區域的Level-1-2路由器。
圖2 IS-IS拓撲結構圖二
如上圖2所示是IS-IS的另外一種拓撲結構圖。在這個拓撲中，Level-2級別的路由器沒有在同一個區域，而是分別屬於不同的區域。此時所有物理連續的Level-1-2和Level-2路由器就構成了IS-IS的骨幹區域。
通過以上兩種拓撲結構圖可以體現IS-IS與OSPF的不同點：
在IS-IS中，每個路由器都只屬於一個區域；而在OSPF中，一個路由器的不同接口可以屬於不同的區域。
在IS-IS中，單個區域沒有骨幹與非骨幹區域的概念；而在OSPF中，Area0被定義為骨幹區域。
在IS-IS中，Level-1和Level-2級別的路由都採用SPF算法，分別生成最短路徑樹SPT（Shortest Path Tree）；而在OSPF中，只有在同一個區域內才使用SPF算法，區域之間的路由需要通過骨幹區域來轉發。
3、IS-IS路由器的分類
1、Level-1路由器
Level-1路由器負責區域內的路由，它只與屬於同一區域的Level-1和Level-1-2路由器形成鄰居關係，屬於不同區域的Level-1路由器不能形成鄰居關係。
Level-1路由器只負責維護Level-1的鏈路狀態數據庫LSDB（Link State Database），該LSDB包含本區域的路由信息，到本區域外的報文轉發給最近的Level-1-2路由器。
2、Level-2路由器
Level-2路由器負責區域間的路由，它可以與同一或者不同區域的Level-2路由器或者其它區域的Level-1-2路由器形成鄰居關係。Level-2路由器維護一個Level-2的LSDB，該LSDB包含區域間的路由信息。
所有Level-2級別（即形成Level-2鄰居關係）的路由器組成路由域的骨幹網，負責在不同區域間通信。路由域中Level-2級別的路由器必須是物理連續的，以保證骨幹網的連續性。只有Level-2級別的路由器才能直接與區域外的路由器交換數據報文或路由信息。
3、Level-1-2路由器
同時屬於Level-1和Level-2的路由器稱為Level-1-2路由器，它可以與同一區域的Level-1和Level-1-2路由器形成Level-1鄰居關係，也可以與其他區域的Level-2和Level-1-2路由器形成Level-2的鄰居關係。Level-1路由器必須通過Level-1-2路由器才能連接至其他區域。
Level-1-2路由器維護兩個LSDB，Level-1的LSDB用於區域內路由，Level-2的LSDB用於區域間路由。
4、IS-IS的網絡類型
IS-IS只支持兩種類型的網絡，根據物理鏈路不同可分為：廣播鏈路：如Ethernet、Token-Ring等；點到點鏈路：如PPP、HDLC等。
對於NBMA（Non-Broadcast Multi-Access）網絡，需對其配置子接口，並注意子接口類型應配置為P2P。IS-IS不能在點到多點鏈路P2MP（Point to MultiPoint）上運行。
5、IS-IS的DIS和偽節點
在廣播網絡中，IS-IS需要在所有的路由器中選舉一個路由器作為DIS（Designated Intermediate System）。DIS用來創建和更新偽節點（Pseudonodes），並負責生成偽節點的鏈路狀態協議數據單元LSP（Link state Protocol Data Unit），用來描述這個網絡上有哪些網絡設備。
偽節點是用來模擬廣播網絡的一個虛擬節點，並非真實的路由器。在IS-IS中，偽節點用DIS的System ID和一個字節的Circuit ID（非0值）標識。
圖3 IS-IS偽節點示意圖
如上圖3所示，使用偽節點可以簡化網絡拓撲，使路由器產生的LSP長度較小。另外，當網絡發生變化時，需要產生的LSP數量也會較少，減少SPF的資源消耗。
Level-1和Level-2的DIS是分別選舉的，用戶可以為不同級別的DIS選舉設置不同的優先級。
DIS優先級數值最大的被選為DIS。如果優先級數值最大的路由器有多臺，則其中MAC地址最大的路由器會被選中。不同級別的DIS可以是同一臺路由器，也可以是不同的路由器。
IS-IS協議中DIS與OSPF協議中DR（Designated Router）的區別：
在IS-IS廣播網中，優先級為0的路由器也參與DIS的選舉，而在OSPF中優先級為0的路由器則不參與DR的選舉。
在IS-IS廣播網中，當有新的路由器加入，並符合成為DIS的條件時，這個路由器會被選中成為新的DIS，原有的偽節點被刪除。此更改會引起一組新的LSP泛洪。而在OSPF中，當一臺新路由器加入後，即使它的DR優先級值最大，也不會立即成為該網段中的DR。
在IS-IS廣播網中，同一網段上的同一級別的路由器之間都會形成鄰接關係，包括所有的非DIS路由器之間也會形成鄰接關係。而在OSPF中，路由器只與DR和BDR建立鄰接關係。
IS-IS廣播網上所有的路由器之間都形成鄰接關係，但LSDB的同步仍然依靠DIS來保證。
圖4 IS-IS協議的地址結構示意圖
網絡服務訪問點NSAP（Network Service Access Point）是OSI協議中用於定位資源的地址。NSAP的地址結構如上圖4所示，它由IDP（Initial Domain Part）和DSP（Domain Specific Part）組成。IDP和DSP的長度都是可變的，NSAP總長最多是20個字節，最少8個字節。
IDP相當於IP地址中的主網絡號。它是由ISO規定，並由AFI（Authority and Format Identifier）與IDI（Initial Domain Identifier）兩部分組成。AFI表示地址分配機構和地址格式，IDI用來標識域。
DSP相當於IP地址中的子網號和主機地址。它由High Order DSP、System ID和SEL三個部分組成。High Order DSP用來分割區域，System ID用來區分主機，SEL（NSAP Selector）用來指示服務類型。
1、Area Address
IDP和DSP中的High Order DSP一起，既能夠標識路由域，也能夠標識路由域中的區域，因此，它們一起被稱為區域地址（Area Address），相當於OSPF中的區域編號。同一Level-1區域內的所有路由器必須具有相同的區域地址，Level-2區域內的路由器可以具有不同的區域地址。
一般情況下，一個路由器只需要配置一個區域地址，且同一區域中所有節點的區域地址都要相同。為了支持區域的平滑合併、分割及轉換，在設備的實現中，一個IS-IS進程下最多可配置3個區域地址。
2、System ID
System ID用來在區域內唯一標識主機或路由器。在設備的實現中，它的長度固定為48bit（6字節）。
在實際應用中，一般使用Router ID與System ID進行對應。假設一臺路由器使用接口Loopback0的IP地址168.10.1.1作為Router ID，則它在IS-IS中使用的System ID可通過如下方法轉換得到：
將IP地址168.10.1.1的每個十進制數都擴展為3位，不足3位的在前面補0，得到168.010.001.001。
將擴展後的地址分為3部分，每部分由4位數字組成，得到1680.1000.1001。重新組合的1680.1000.1001就是System ID。
實際System ID的指定可以有不同的方法，但要保證能夠唯一標識主機或路由器。
3、SEL
SEL的作用類似IP中的“協議標識符”，不同的傳輸協議對應不同的SEL。在IP上SEL均為00。
網絡實體名稱NET（Network Entity Title）指的是設備本身的網絡層信息，可以看作是一類特殊的NSAP（SEL＝00）。NET的長度與NSAP的相同，最多為20個字節，最少為8個字節。在路由器上配置IS-IS時，只需要考慮NET即可，NSAP可不必去關注。
例如有NET為：ab.cdef.1234.5678.9abc.00，則其中Area Address為ab.cdef，System ID為1234.5678.9abc，SEL為00。
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