IS-IS报文类型、邻接建立

IS-IS报文格式

• 是直接封装在数据链路层的帧结构中
• PDU（Protocil Data Unit，协议数据单元）可以分为两个部分，报文头（IS-IS Header）和变长字段部分（Variable Length Fields）
• 其中Header又可以分为通用头部（PDU Common Header）和专用头部（PDU Specific Header）。对于所有PDU来说，通用报头都是相同的，但专用报头根据PDU类型不同而有所差别

通用报头

• Intradomain Routing Protocol Discriminator：域内路由选择协议鉴别符，固定为0x83
• Length Indicator：IS-IS头部的长度（包括通用头部和专用头部），以Byte为单位
• Version/Protocal ID Extension：版本/协议标识扩展，固定为0x01
• System ID Length：NSAP地址或者NET中System ID区域的长度。值为0时，表示System ID区域的长度为6Byte
• R（Reserved）：保留，固定为0
• Version：固定为0x01
• Max.Areas：支持的最大区域个数。设置为1-254的整数，表示该IS-IS进程实际所允许的最大区域地址数；设置为0，表示该IS-IS进程最大只支持3个区域地址数

报文类型概述

IIH（IS-IS Hello）、LSP（Link State PDU，链路状态报文）、CSNP（Complete Sequence Number PDU，全序列号报文）、PSNP（Partial Sequence Number PDU，部分序列号报文）

• IIH：用于建立和维持邻接关系、广播网络中的Level-1 IS-IS路由器使用Level-1 LAN IIH；广播网络中的Level-2 IS-IS路由器使用Level-2 LAN IIH；点到点网络中则使用P2P IIH
• LSP：用于交换链路状态信息。LSP分为两种，Level-1 LSP、Level-2 LSP
• SNP：通过描述全部或部分链路数据库中的LSP来同步各LSDB，从而维护LSDB的完整与同步。SNP包括CSNP和PSNP，进一步又可分为Level-1 CSNP、Level-2 CSNP、Level-1 PSNP和Level-2 PSNP

常见的TLV

• 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结构构件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

IIH

IIH报文用于建立和维持邻接关系，广播网络中的Level-1 IS-IS路由器使用Level-1 LAN IIH；广播网络中的Level-2 IS-IS路由器使用Level-2 LAN IIH；点到点网络中则使用P2P IIH

• Reserved/Circuit Type：表示路由器的类型（01表示L1、10表示L2、11表示L1/L2）
• Source ID：发出Hello报文的路由器的System ID
• Holding Time：保持时间。在此时间内如果没有收到邻接发来的Hello报文，则中止已建立的邻接关系
• Priority：选举DIS的优先级，取值范围0-127.数值越大，优先级越高。该字段只在广播网中的Hello消息（LAN IIH消息）携带；点到点网络的Hello消息（P2P IIH消息）没有此字段，也没有此字段之前的R保留位
• LAN ID：包括DIS的System ID和伪节点ID。该字段只在广播网中的Hello消息（LAN IIH消息）携带；点到点网络的Hello消息（P2P IIH消息）没有此字段
• Local Circuit ID：本地链路ID。该字段只在点到点网络的Hello消息（P2P IIH消息）携带；广播网中的Hello消息（LAN IIH消息）没有此字段

LSP

LSP用于交换链路状态信息。分为：Level-1 LSP和Level-2 LSP。Level-1 LSP由Level-1路由器传送，Level-2 LSP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的报文格式相同

• Remaining Lifetime：LSP的生存时间，以秒为单位
• LSP ID：由三部分组成，System ID、伪节点ID和LSP分片后的编号
• Sequence Number：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L1 LSP有关。
• OL（LSDB Overload，1bit）：过载标志位。设置了此字段的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，其他路由器在进行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
• IS Type（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）

CSNP

CSNP包含该设备LSDB中所有的LSP摘要，路由器通过交互CSNP来判断是否需要同步LSDB

• 在广播网络上，CSNP由DIS定期发送（缺省的发送周期为10秒）
• 在点对点网络上，CSNP只在第一次建立邻接关系时发送

• Source ID：发出CSNP报文的路由器的System ID
• Start LSP：CSNP报文中第一个LSP的ID值
• End LSP ID：CSNP报文中最后一个LSP的ID值

PSNP

PSNP只包含部分LSP的摘要信息

• 当发现LSDB不同步时，PSNP来请求邻接发送新的LSP
• 在点对点网络中，当收到LSP时，使用PSNP对收到的LSP进行确认

• Source ID：发出PSNP报文的路由器的System ID

建立邻接关系原则

• 只有同一Level的相邻路由器才有可能成为邻接
• 对于Level-1路由器来说，Area ID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（默认情况下）

由于IS-IS是直接运行在数据链路层上的协议，并且最早设计是给CLNP使用的，IS-IS邻接关系的形成与IP地址无关，但在实际的部署中，在IP网络上运行IS-IS时，需要检查对方的IP地址的。如果接口配置了从IP，那么只要双方有某个IP（主IP或者从IP）在同一网段，就能建立邻接，不一定要主IP相同

广播网络中的邻接关系建立过程（三次握手）

建立邻接关系的过程如下：

1. 在Down状态下，R1组播（Level-1:01-80-C2-00-00-14；Level-2:01-80-C2-00-00-15）发送Level-1 LAN IIH，此报文中邻接列表（Neighbour）为空
2. R2收到此报文后，将邻接状态标识为Initial。然后，R2再向R1回复Level-1 LAN IIH，此报文中标识R1为R2的邻接
3. R1收到此报文后，将自己与R2的邻接状态标识为UP。然后R1再向R2发送一个标识R2为R1邻接的Level-1 LAN IIH
4. R2收到此报文后，将自己与R1的邻接状态标识为UP。这样，两个路由器成功建立了邻接关系
5. 广播网络中需要选举DIS，在邻接关系建立后，路由器会等待两个Hello报文间隔，再进行DIS的选举

DIS与伪节点

• 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，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Circuit ID（非0值）标识

DIS的选举

• 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
• 选举规则：
• • 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成为DIS
• DIS发送Hello PDU的时间间隔是普通路由器的1/3，这样可以确保DIS出现故障时能够被更快速的发现
• IS-IS中DIS与OSPF协议中DR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

点到点网络中的邻接关系建立过程（两次握手）

• 点到点网络中，邻接关系的建立使用两次握手方式：只要路由器收到对端发来的Hello报文，就单方面宣布邻接为UP状态，建立邻接关系
• 两次握手机制存在明显缺陷，华为设备在点到点网络中使用IS-IS时，默认使用三次握手建立邻接关系。此方式通过三次发送P2P IIH最终建立起邻接关系

同步LSP

广播网络中LSP的同步过程

广播网络中新加入路由器与DIS同步LSDB数据库的过程：

1. 新加入的路由器R3首先发送IIH报文，与该广播域中的路由器建立邻接关系，建立邻接关系后，R3等待LSP刷新定时器超时，然后将自己的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接都将接收到该LSP
2. 该网段中的DIS会把收到R3的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时并发送CNSP报文
3. 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
4. DIS收到该PSNP报文请求后向R3发送对应的LSP进行LSDB的同步

点到点网络中LSP的同步过程

点到点网络上LSDB数据库的同步过程：

1. R1先与R2建立邻接关系
2. 建立邻接关系之后，R1与R2会先发送CNSP给对端设备。如果对端的LSDB与CNSP没有同步，则发送PSNP请求索取相应的LSP
3. 假设R2向R1索取相应的LSP

• 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没有收到R2发送的PSNP报文作为应答
• 则R1重新发送LSP
• R2收到LSP后，发送PSNP进行确认

LSP的处理机制

IS-IS通过交互LSP实现链路状态数据库同步，路由器收到LSP后，按照以下原则处理：

• 若收到的LSP比本地LSP的更优，或者本地没有收到的LSP
• • 在广播网络中，将其加入数据库，并组播发送新的LSP
• • 在点到点网络中，将其加入数据库，并发送PSNP报文来确认收到此LSP，之后将这新的LSP发送给除了发送该LSP的邻居以外的邻居
• 若收到的LSP和本地LSP无法比较出优劣，则不处理该LSP

路由器的路由计算

Level-1路由器的路由计算

• R1是Level-1路由器，只维护Level-1 LSDB，该LSDB中包含同属一个区域的R2和R3以及R1自己产生的Level-1 LSP
• R1根据LSDB中的Level-1 LSP计算出Area 49.0001内的拓扑，以及到达区域内各个网段的路由信息
• R2和R3作为Area 49.0001内的Level-1-2路由器，会在它们向该区域下发的Level-1 LSP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

Level-1路由器的次优路径的问题

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，就有可能选择路径2，导致出现次优路径

解决方案——路由渗透：

• 缺省情况下，Level-1-2路由器不会将到达其他区域的路由通告本Level-1区域中
• 通过路由渗透，可以将区域间路由通过Level-1-2路由器传送到Level-1区域，此时Level-1路由器可以学习到其他区域的详细路由，从而计算出最优路径

Level-2路由器的路由计算

• R2和R3都维护Level-1 LSDB，它们能够通过这些LSDB中的LSP计算出Area 49.0001的路由
• R2和R3都维护Level-2 LSDB，它们能够通过这些LSDB中的LSP计算出Area 49.0002的路由
• R2和R3将到达Area 49.0001的路由以Level-2 LSP的形式发送到Area 49.0002