高级路由技术网络系统建设课件-第2章 IS-IS路由协议

第2章IS-IS路由协议学习目标和素质目标了解IS-IS的报文类型及其作用。掌握IS-IS的拓扑结构和路由器类型。掌握IS-IS邻居关系的建立过程。掌握IS-ISLSP泛洪机制和LSDB同步过程。了解IPv6IS-IS。掌握IS-IS验证和路由渗透工作过程。掌握IS-IS配置实现。激发学生的求真求实意识。形成科学严谨的学习态度。培养学生的自学意识。2.1IS-IS路由协议概述IS-IS属于内部网关协议，用于自治系统内部。IS-IS是一种链路状态协议，使用SPF算法进行路由计算。由于IS-IS的简便性及扩展性强的特点，目前在大型ISP的网络中被广泛地部署。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层OSI应用层传输层网络层数据链路层物理层TCP/IPARPTCPIPES-ISTP0-TP4CLNPIS-ISOSPF集成IS-IS2.1.1IS-IS特征园区网：区域多样、策略多变、调度精细ERCSSWERCSSWSWOSPF骨干网：区域扁平、收敛极快、承载庞大CEPECEPEPEPEPECECEIS-IS+BGP场景应用2.1.1IS-IS特征维护一个链路状态数据库，并使用SPF算法来计算最佳路径。用Hello数据包建立和维护邻居关系。为了支持大规模网络，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。在区域之间可以使用路由汇总来减少路由器的负担。支持VLSM和CIDR,可以基于接口、区域和路由域进行验证。2.1.1IS-IS特征IS-IS只支持广播和点到点两种网络类型。在广播网络类型中通过选举指定IS（DesignatedIntermediateSystem，DIS）来管理和控制网络上的泛洪扩散。IS-IS路由优先级为15,支持宽度量（WideMetric）和窄度量（NarrowMetric）。IS-IS路由度量的类型包括默认度量、延迟度量、开销度量和差错度量。默认情况下IS-IS采用默认度量，接口的链路开销为10。收敛快速,适合大型网络。2.1.2IS-IS术语IS-IS的工作过程执行SPF路由计算最短路径树感觉和OSPF一样哦细节还是有一定差异建立邻居关系Hello同步LSDB数据库LSDBLSP1LSP2-------LSDBLSP3LSP4-------2.1.2IS-IS术语无连接网络服务（ConnectionlessNetworkService，CLNS）无连接网络协议（ConnectionlessNetworkProtocol，CLNP）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层CONP/CONSCLNP/CLNSES-ISIS-IS2.1.2IS-IS术语ES：EndSystem，终端系统IS-IS:中间系统到中间系统RD：RoutingDomain，路由域ES-IS：终端系统到中间系统ES-IS的作用：发现邻接节点地址映射路由重定向ES-IS基本等同于IP中的ARP，ICMP和DHCP协议无连接网络服务（ConnectionlessNetworkService，CLNS）无连接网络协议（ConnectionlessNetworkProtocol，CLNP）ISISESESIS-ISES-ISES-IS2.1.2IS-IS术语区域（Area）：IS-IS基于路由器划分区域，IS-IS允许将整个路由域分为多个区域。L2L2L2L1/2L2L1/2L1L1/2L1L1L1L1/2L1L1Area49.0001Area49.0002Area49.0003Area49.0004Area49.0005Backbone2.1.2IS-IS术语链路状态数据库（LinkStateDataBase，LSDB）：网络内所有链路的状态组成了链路状态数据库。IS使用SPF算法利用LSDB来计算最佳路由。链路状态数据包（LinkStatePacket，LSP）:在IS-IS协议中每一个IS都会生成LSP，此LSP包含了本IS的所有链路状态信息。每个IS收集本区域内所有的LSP生成自己的LSDB。2.1.2IS-IS术语子网连接点（SubnetworkPointofAttachment，SNPA）：是和三层地址对应的二层地址，通常在以太网接口中SNPA被设置为接口MAC地址。SNPA就相当于用来区分该设备上的不同接口。2.1.2IS-IS术语序列号PDU（SNP）:确保IS-IS的链路状态数据库同步以及使用最新的LSP计算路由。部分SNP（PSNP）用于确认和请求丢失的链路状态信息,是链路状态数据库中的完整LSP的一个子集。功能上类似于OSPF协议中的LSR或者LSAck报文。完整SNP（CSNP）用于描述链路状态数据库中的完整LSP列表。功能上类似于OSPF协议中的DD报文。2.1.2IS-IS术语IS-IS和OSPF术语对照表缩略语OSI术语IETF术语ISIntermediateSystemRouterESEndSystemHostDISDesignatedIntermediateSystemOSPF中的DRSysIDSystemIDOSPF中的RouterIDLSPLinkStatePDUOSPF中的LSAIIHIS-IS

HelloPDUOSPF中的Hello报文PSNPPartialSequenceNumberPDUOSPF中的LSR或LSAck报文CSNPCompleteSequenceNumberPDUOSPF中的DD报文2.1.3IS-IS拓扑结构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。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。所有物理连续的Level-1-2和Level-2路由器构成了IS-IS的骨干区域2.1.3IS-IS拓扑结构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.2.1.3IS-IS拓扑结构IS-IS路由器的三种类型Level-1路由器（只能创建level-1的LSDB）Level-2路由器（只能创建level-2的LSDB）Level-1-2路由器（路由器默认的类型，能同时创建level-1和level-2的LSDB）Level-1的邻接关系的建立，区域ID必须一致。相同区域Area49.0001不同区域Area49.0001Area49.00022.1.3IS-IS拓扑结构Level-1路由器Level-1路由器（例如图中的R1）是一种IS-IS区域内部路由器，它只与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻接关系，这种邻接关系称为Level-1邻接关系。Level-1路由器无法与Level-2路由器建立邻接关系。Level-1路由器只负责维护Level-1的链路状态数据库LSDB，该LSDB只包含本区域的路由信息。Level-1路由器必须通过Level-1-2路由器接入IS-IS骨干区域从而访问其他区域。R1(L1)R3(L1/2)R2(L1/2)R5(L2)R4(L2)Area49.0001Area49.0002R6(L2)R7(L2)Level-1邻接关系2.1.3IS-IS拓扑结构Level-2路由器Level-2路由器（例如图中的R4、R5、R6、R7）是IS-IS骨干路由器，它可以与同一或者不同区域的Level-2路由器或者Level-1-2路由器形成邻接关系。Level-2路由器维护一个Level-2的LSDB，该LSDB包含整个IS-IS域的所有路由信息。所有Level-2级别（即形成Level-2邻接关系）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。R1(L1)R3(L1/2)R2(L1/2)R5(L2)R4(L2)Area49.0001Area49.0002R6(L2)R7(L2)Level-2邻接关系2.1.3IS-IS拓扑结构Level-1-2路由器Level-1-2路由器与OSPF中的ABR非常相似，它也是IS-IS骨干网络的组成部分。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。同时属于Level-1和Level-2的路由器称为Level-1-2路由器（例如图中的R2和R3），它可以与同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成Level-1邻接关系，也可以与其他区域的Level-2和Level-1-2路由器形成Level-2的邻接关系。R1(L1)R3(L1/2)R2(L1/2)R5(L2)R4(L2)Area49.0001Area49.0002R6(L2)R7(L2)Level-2邻接关系Level-1邻接关系2.1.4IS-IS网络服务访问点NSAP（NetworkServiceAccessPoint，网络服务访问点）是OSI协议栈中用于定位资源的地址，主要用于提供网络层和上层应用之间的接口。NSAP包括IDP及DSP两部分：HighOrderDSPSystemIDSELIDIAFI1~13Byte6Byte1ByteNSAPIDPDSPIDP（InitialDomianPart）相当于IP地址中的主网络号。它是由ISO规定，并由AFI（AuthorityandFormatIdentifier）与IDI（InitialDomainIdentifier）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（DomianSpecificPart）相当于IP地址中的子网号和主机地址。它由HighOrderDSP、SystemID和SEL三个部分组成。HighOrderDSP用来分割区域，SystemID用来区分主机，SEL（NSAPSelector）用来指示服务类型。2.1.4IS-IS网络服务访问点NET（NetworkEntityTitle，网络实体名称）是OSI协议栈中设备的网络层信息，主要用于路由计算，由区域地址（AreaID）和SystemID组成，可以看作是特殊的NSAP（SEL为00的NSAP）。NET的长度与NSAP的相同，最长为20Byte，最短为8Byte。在IP网络中运行IS-IS时，只需配置NET，根据NET地址设备可以获取到AreaID以及SystemID。NET示例：49.0001.0000.0000.0001.00

AreaID

SystemID

SELHighOrderDSPSystemIDSELIDIAFI1~13Byte6Byte1Byte49.00010000.0000.000100AreaID跟OSPF的不太一样，拓扑结构也不同吗？2.1.4IS-IS网络服务访问点每台运行IS-IS的网络设备至少需拥有一个NET，当然，一台设备也可以同时配置多个NET，但是这些NET的SystemID必须相同。在华为的网络设备上，SystemID的长度总是固定的6Byte。在一个IS-IS路由域中，设备的SystemID必须唯一，为了便于管理，一般根据RouterID配置SystemID。10.0.1.1010.000.001.0010100.0000.1001例如一台设备的区域号为49.0001，RouterID为10.0.1.1，则其对应的NET地址为:49.0001.0100.0000.1001.00。每一部分都扩展为3位重新划分为3部分49.0001.0100.0000.1001.00SystemIDRouterID添加区域号+SELNET2.1.4IS-IS网络服务访问点配置SYSTEMID和AREAIDNET中有相同AreaID的IS属于同一个区域RTBRTARTC[RTA]displaycurrent-configurationisis1

network-entity49.0001.0000.0000.0001.00[RTB]displaycurrent-configurationisis1

network-entity49.0002.0000.0000.0002.00[RTC]displaycurrent-configurationisis1

network-entity49.0002.0000.0000.0003.00AREA49.0002AREA49.00012.1.5IS-IS网络类型根据物理链路的不同,IS-IS只支持广播和点到点两种类型的网络。点到点网络类型Point-to-PointIIH（点到点Hello报文）L1LANIIHMac:0180-c200-0014L2LANIIHMac:0180-c200-0015OR

P2P广播多路访问网络类型

Broadcast2.1.5IS-IS网络类型在广播网络中，IS-IS需要在所有的路由器中选举一个路由器作为DIS（DesignatedIntermediateSystem）。DIS用来创建和更新伪节点（Pseudonodes），并负责生成伪节点的LSP，用来描述该网络上有哪些网络设备。2.1.5IS-IS网络类型DIS选举规则选举基于接口优先级isisdis-priority

priority[level-1|level-2]如果所有接口的优先级一样，具有最大的subnetworkpointofattachment(SNPA)的路由器将当选DIS在LAN中，SNPA指的是MAC地址在帧中继网络中，SNPA是localdatalinkconnectionidentifier(DLCI)如果SNPA是一样的，具有最大的systemID的路由器将当选为DISDIS的选举是抢占式的优先级为0的路由器也参与DIS的选举Level-1和Level-2的DIS是分别选举的2.1.5IS-IS网络类型DIS与DR的比较虚拟路由器（伪节点）类比点ISIS-DISOSPF-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Level-1Level-1-2Level-1DISLevel-1Level-1Level-1-22.1.5IS-IS网络类型控制DIS的选举RTARTBRTCRTD[RTB]interfaceGigabitEthernet0/0/0[RTB-GigabitEthernet0/0/0]isisdis-priority65level-1[RTC]interfaceGigabitEthernet0/0/0[RTC-GigabitEthernet0/0/0]isisdis-priority65level-22.1.6IS-IS报文类型IS-IS报文是直接封装在数据链路层的帧结构中的。PDU（ProtocolDataUnit，协议数据单元）可以分为两个部分，报文头（IS-ISHeader）和变长字段部分（VariableLengthFields）。每种报文都有一个特定的类型号，在IS-IS的报文头部有一个报文类型字段，此字段中所包含的信息就是IS-IS报文的类型号，路由器就是通过类型号来识别所收到报文的类型的。PayloadVariableLengthFields(TLV)IS-ISHeaderDataLinkHeaderPDUCommonHeaderTypeLengthValue2.1.6IS-IS报文类型IS-IS路由协议使用了3大类报文：Hello报文、LSP报文和SNP报文，共计9种具体的报文。2.1.6IS-IS报文类型Level-1和Level-2LAN的Hello报文的格式相同，只是在报文头部的PDU类型字段的值不同。2.1.6IS-IS报文类型IS-IS点到点Hello报文格式2.1.6IS-IS报文类型IS-ISLSP报文格式2.1.6IS-IS报文类型IS-ISCSNP报文格式2.1.6IS-IS报文类型IS-ISPSNP报文格式2.1.6IS-IS报文类型TLV的含义是：类型（TYPE），长度（LENGTH），值（VALUE）。实际上是一个数据结构，这个结构包含了这三个字段。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，增加新特性只需要增加新TLV即可，不需要改变整个报文的整体结构。TLVType名称PDU类型1AreaAddresses区域地址IIH、LSP2ISNeighbors（LSP）中间系统邻接LSP4PartitionDesignatedLevel2IS区域分段指定L2中间系统L2LSP6ISNeighbors（MACAddress）中间系统邻接LANIIH7ISNeighbors（SNPAAddress）

中间系统邻接LANIIH8Padding填充IIH9LSPEntriesLSP条目SNP10AuthenticationInformation

验证信息IIH、LSP、SNP128IPInternalReachabilityInformationIP内部可达性信息LSP129ProtocolsSupported支持的协议IIH、LSP130IPExternalReachabilityInformation

IP外部可达性信息LSP131Inter-DomainRoutingProtocolInformation域间路由选择协议信息L2LSP132IPInterfaceAddressIP接口地址IIH、LSP2.1.6IS-IS报文类型IS-IS报文中的变长字段部分是多个TLV（Type-Length-Value）三元组。PDU类型和包含的TLV名称2.1.7IS-IS邻居关系的建立广播链路邻居关系的建立

2.1.7IS-IS邻居关系的建立点到点（P2P）链路邻居关系的建立-两次握手机制2.1.7IS-IS邻居关系的建立点到点（P2P）链路邻居关系的建立-三次握手机制2.1.7IS-IS邻居关系的建立点到点（P2P）链路邻居关系的建立-三次握手机制2.1.7IS-IS邻居关系的建立IS-IS建立邻居关系时需要遵循原则：只有同一层次的相邻路由器才有可能成为邻居。对于Level-1路由器来说，区域号必须一致。链路两端IS-IS接口的网络类型必须一致。链路两端IS-IS接口的地址必须处于同一网段。如果配置了认证，则认证参数必须匹配。最大区域地址数字段的值必须一致，默认值是0，表示支持3个区域地址。2.1.7IS-IS邻居关系的建立下面的组合类型才能建立邻接关系（相同区域）L1L1L1L2L2L2L1-2L1-2L12L1L1-2L1L2L1-2L22.1.7IS-IS邻居关系的建立下面的组合类型才能建立邻接关系（不相同区域）L2L2L2L12L12L2L2L12L22.1.8IS-ISLSP泛洪机制IS-IS链路状态报文LSP用于交换链路状态信息。LSP分为两种：Level–1LSP和Level–2LSP。Level–1LSP由Level-1路由器传送，Level–2LSP由Level-2路由器传送，Level-1-2路由器则可传送以上两种LSP。两类LSP有相同的报文格式。PDUCommonHeaderPDULengthRemainingLifetimeLSPIDSequenceNumberChecksumPATT(4bit)OLISTypeVariableLengthFieldsRemainingLifetime:LSP的生存时间，以秒为单位。LSPID:由三部分组成，SystemID、伪节点ID和LSP分片后的编号。SequenceNumber:LSP的序列号。在路由器启动时所发送的第一个LSP报文中的序列号为1，以后当需要生成新的LSP时，新LSP的序列号在前一个LSP序列号的基础上加1。更高的序列号意味着更新的LSP。Checksum：LSP的校验和。ATT（Attachment）：由Level-1-2路由器产生，用来指明始发路由器是否与其它区域相连。虽然此标志位也存在于Level-1和Level-2的LSP中，但实际上此字段只和Level-1-2路由器始发的L1LSP有关。OL（LSDBOverload，1bit）：过载标志位。设置了过载标志位的LSP虽然还会在网络中扩散，但是在计算通过超载路由器的路由时不会被采用。即对路由器设置过载位后，其它路由器在进行SPF计算时不会考虑这台路由器。当路由器内存不足时，系统自动在发送的LSP报文中设置过载标志位。ISType(2bit)：生成LSP的路由器的类型。用来指明是Level-1还是Level-2路由器（01表示Level-1，11表示Level-2）。1Byte2.1.8IS-ISLSP泛洪机制LSP报文的泛洪（Flooding）是指当一个路由器向相邻路由器通告自己的LSP后，相邻路由器再将同样的LSP报文传送到除发送该LSP的路由器外的其他邻居，并这样逐级将LSP传送到整个层次内所有路由器的一种方式。通过这种泛洪机制，整个层次内的每一个路由器就都可以拥有相同的LSP信息，并保持LSDB的同步。IS-IS路由器收到邻居发送的新的LSP后，处理过程如下：首先将接收的新的LSP放入到自己的LSDB中，并标记为Flooding；然后发送新的LSP到除了收到该LSP的接口之外的接口；接着邻居路由器再扩散到其他IS-IS邻居。每一个LSP都拥有一个标识自己的4字节的序列号。当需要生成新的LSP时，新LSP的序列号在前一个LSP序列号的基础上加1，更高的序列号意味着更新的LSP。2.1.8IS-ISLSP泛洪机制LSP的处理机制收到一个LSP的多个实例时序列号是否相同不处理该LSP是否否序列号更大为优是保活时间为0s的最优否是保活时间=0s校验和大的更优校验和是否相同2.1.8IS-ISLSP泛洪机制触发一个新的LSP的事件：邻居Up或Down。IS-IS相关接口Up或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。2.1.9IS-IS链路状态数据库同步链路状态信息的载体：LSP、SNPLSPPDU——用于交换链路状态信息。实节点LSP伪节点LSP（只在广播链路存在）SNPPDU——用于维护LSDB的完整与同步，且为摘要信息。CSNP（用于同步LSP）PSNP（用于请求和确认LSP）2.1.9IS-IS链路状态数据库同步广播链路LSDB同步过程2.1.9IS-IS链路状态数据库同步广播链路LSDB更新过程收到LSP收到的No.VS.本地的No.洪泛LSP发送自己的LSP存储到LSDB结束>=<本地LSDB是否有此LSP？NY2.1.9IS-IS链路状态数据库同步P2P链路上LSDB的同步过程2.1.9IS-IS链路状态数据库同步P2P链路上LSDB更新过程收到LSP收到的No.VS.本地的No.发送PSNP确认发送自己的LSP等待对方PSNP存储到LSDB洪泛LSP发送PSNP确认结束>=<2.1.10IPv6IS-ISIS-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。为了支持IPv6路由的处理和计算，IS-IS新增了两个TLV和一个新的网络层协议标识（NetworkLayerProtocolIdentifier，NLPID）。新增的两个TLV分别是：IPv6可达性和IPv6接口地址,其中IPv6可达性的TLV类型值为236，通过定义路由信息前缀、度量值等信息来说明网络的可达性。IPv6接口地址的TLV类型值为232，相当于IPv4中的IP接口地址TLV，只不过把原来的32比特的IPv4地址改为128比特的IPv6地址。NLPID是标识网络层协议报文的一个8比特字段，IPv6的NLPID值为142（0x8E）。如果IS-IS支持IPv6，那么向外发布IPv6路由时必须携带NLPID值。2.1.10IPv6IS-IS新增的两个TLV分别是：IPv6可达性和IPv6接口地址,其中IPv6可达性的TLV类型值为236，通过定义路由信息前缀、度量值等信息来说明网络的可达性。IPv6接口地址的TLV类型值为232，相当于IPv4中的IP接口地址TLV，只不过把原来的32比特的IPv4地址改为128比特的IPv6地址。NLPID是标识网络层协议报文的一个8比特字段，IPv6的NLPID值为142（0x8E）。如果IS-IS支持IPv6，那么向外发布IPv6路由时必须携带NLPID值。2.1.10IPv6IS-ISIPv6IS-IS配置举例RTBRTAIpv6isis1is-levellevel-2network-entity49.0001.1111.1111.1111.00ipv6enableinterfaceGigabitEthernet0/0/0ipv6enableisisipv6enable1AREA49.0002AREA49.0001Ipv6isis1is-levellevel-2network-entity49.0002.2222.2222.2222.00ipv6enableinterfaceGigabitEthernet0/0/0ipv6enableisisipv6enable12.1.11IS-IS验证和路由渗透验证分类接口验证：只对Level-1和Level-2的Hello报文进行认证区域验证：对Level-1的SNP和LSP报文进行认证路由域验证：对Level-2的SNP和LSP报文进行认证2.1.11IS-IS验证和路由渗透验证方式明文验证MD5验证Keychian验证IS-IS通过TLV的形式携带认证信息，认证TLV的类型为10。2.1.11IS-IS验证和路由渗透IS-IS中，Level-1-2和Level-2路由器知道整个IS-IS路由域的路由信息。但是，为了有效减小路由表的规模，在默认情况下，Level-1-2路由器并不将自己知道的其他Level-1区域以及骨干区域的路由信息通告给它所在的Level-1区域的路由器，因此Level-1路由器将不了解本区域以外的路由信息，可能导致与本区域之外的目的地址通信时无法选择最佳的路由。为解决上述问题，IS-IS提供了路由渗透功能，将Level-2区域的路由向Level-1区域渗透。2.1.11IS-IS验证和路由渗透R1是Level-1路由器，只维护Level-1LSDB，该LSDB中包含同属一个区域的R2及R3以及R1自己产生的Level-1LSP。R1根据LSDB中的Level-1LSP计算出Area49.0001内的拓扑，以及到达区域内各个网段的路由信息。R2及R3作为Area49.0001内的Level-1-2路由器，会在它们向该区域下发的Level-1LSP中设置ATT标志位，用于向区域内的Level-1路由器宣布可以通过自己到达其他区域。R1作为Level-1路由器，会根据该ATT标志位，计算出指向R2或R3的默认路由。R1(L1)R3(L1/2)R2(L1/2)R5(L2)R4(L2)10.1.12.0/2410.1.13.0/2410.1.24.0/2410.1.35.0/24192.168.10.0/24192.168.20.0/2410.1.45.0/24Area49.0001Area49.0002ATT=1ATT=1L1LSPL1：Level-1路由器L2：Level-2路由器L1/2：Level-1-2路由器2.1.11IS-IS验证和路由渗透路由渗透缺省时，R1只能通过指向R2或R3的默认路由到达区域外部，但是R1距离R2和R3路由器的Cost值相等，那么当R1发送数据包到192.168.20.0/24时，就有可能