IS-IS 协议核心技术笔记作为骨干网和大型数据中心的核心路由协议，IS-IS 凭其强大的扩展性和简洁的架构备受青睐。本

一、网络拓扑认知与 IS-IS 简介

1. 两种网络拓扑认知

IP 认知（TCP/IP）： 以 Link（链路） 为中心组建网络。例如 OSPF 划分区域时，是以路由器作为分割点；IPv4 地址用于标识接口和链路。
OSI 认知： 以 Node（节点） 为中心组建网络。划分区域时分割的是链路，依靠 Interface-ID（本地电路 ID）来标识链路，通过接口实现节点互联。

2. ES-IS 与 IS-IS 协议

ES-IS (End System to Intermediate System)： 终端到路由器的发现协议（类似于 TCP/IP 中的 ARP/ICMP 发现）。客户端（ES）与路由器（IS）相连运行 ES-IS，让客户端数据到达路由器，对应 Level-0。
IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)： 路由器到路由器的最短路径路由协议（基于 OSI 七层模型框架）。

3. IS-IS 的分类

Pure IS-IS（纯 ISIS）： 仅支持 OSI 协议栈，只能与 ES-IS 配合。
Integrated IS-IS（集成 ISIS）： （当前主流学习方向） 既支持 OSI 协议栈，又支持 TCP/IP 协议栈。

二、节点标识：NSAP 地址

IS-IS 使用 NSAP（Network Service Access Point） 地址来唯一标识一个节点（Node），最大长度为 20 字节（160 bit）。

1. NSAP 结构划分

$\text{NSAP} = \text{Area ID (1-13B)} + \text{System ID (6B)} + \text{SEL (1B)}$

Area ID（区域 ID）： 长度可变（1-13 字节）。
System ID（系统 ID）： 固定 6 字节，用于在区域内唯一标识一台路由器。
SEL（服务选择符）： 固定 1 字节。对于路由设备，SEL 必须固定为 00（此时的地址也称为 NET 地址）。

2. 逆向阅读解析法

由于 Area ID 长度可变，解析时必须由后往前读取：

示例： 49.0045.0100.0100.4004.00

最后 1 字节 00 是 SEL。
倒数第 2~7 字节 0100.0100.4004 是 System ID（固定 6 字节）。
剔除以上 7 字节后，前面的 49.0045 即为 Area ID。

3. System ID 设计与配置

设计规划： 可使用 MAC 地址充当，或使用 Loopback 0 接口地址进行转换。

* 转换示例： 10.1.1.1补足三位 010.001.001.001 每 4 位一组 0100.0100.1001。

基础使能配置：

isis 1   
  network-entity 49.0045.0100.0100.4004.00  

int g0/0
  isis enable

三、第一步：IS-IS 建立邻居

IS-IS 路由器的 Level 角色（Level-1/Level-2/Level-1-2）通过手工配置实现，默认是 Level-1-2。邻居关系的建立分为 P2P 和 MA 两种网络类型。

1. P2P（点对点）网络邻居建立

P2P 支持两种握手机制，默认向后兼容。

① 2-Way 握手（古老且不推荐）

状态转移： Down Up
流程： A 给 B 发送 Hello，B 收到后状态直接变为 Up；B 给 A 回 Hello，A 收到后也直接变为 Up。
缺点： 存在单通链路隐患（A 能发给 B，B 发不出给 A ），会导致路由计算出错，浪费资源。

② 3-Way 握手（现代网络推荐）

状态转移： Down Init Up
流程：

1. Down 状态下 A 发送 Hello。

2. B 收到 A 的 Hello，发现其中没有包含自己的 System ID，B 状态变为 Init，并发送携带 TLV 240（点对点邻接状态） 的 Hello 报文，明文标识“我看到了 A”。

3. A 收到 B 的报文，发现里面包含了自身的 System ID，A 的状态变为 Up。B 再次收到 A 的确认后状态也变为 Up。

强制 3-Way 配置：

interface GigabitEthernet0/0
  isis ppp-negotiation 3-way only

2. MA（广播多路访问）网络邻居建立

握手机制： 采用 3-Way 机制，但其建立时使用 TLV 6 包含邻居的 MAC 地址来进行双向确认。
选举 DIS（指定中间系统）：

* 作用： 类似于 OSPF 的 DR，但 IS-IS 没有 BDR。

* 选举规则：

1. 比较接口优先级（Priority），默认 64，最大 127。

2. 若优先级相同，比较接口的 MAC 地址，大者优先。

* 特性： DIS 具有抢占性。且当接口优先级配置为 0 时，依然有资格参与并被选举为 DIS（这与 OSPF DR 优先级为 0 退出选举的特性完全不同）。

四、第二步：同步数据库（LSDB）

IS-IS 的三张表为：邻居表（Peer） 、链路状态数据库（LSDB） 和 路由表（RIB） 。

1. 核心报文（PDU）分类

IIH (IS-IS Hello)： 用于建立和维持邻居。包含 P2P Hello 和 LAN Hello（分为 L1 LAN Hello 和 L2 LAN Hello）。
LSP (Link State PDU)： 链路状态 PDU，封装 TLV 传递真实的拓扑与路由信息（类似于 OSPF 的 LSU）。
SNP (Sequence Number PDU)： 序列号 PDU，用于数据库同步（类似于 OSPF 的 DD/LSR/LSAck 组合）。

* CSNP (Complete SNP)： 完全序列号 PDU，包含 LSDB 中所有 LSP 的摘要信息。

* PSNP (Partial SNP)： 部分序列号 PDU，用于请求缺失的 LSP，或者在 P2P 网络中作为确认。

2. 同步数据库流程

① P2P 网络的同步流程（稳定可靠）

邻居建立后，两端设备都会主动发送 CSNP 互相交换各自的数据库摘要。
对端比对后，若发现自己缺失了某段 LSP，则发送 PSNP（充当请求）索取该 LSP。
本端收到 PSNP 请求后，发送完整的 LSP 进行回应。
对端收到 LSP 后，必须回应一个 PSNP（充当确认）表示接收成功。

现实场景优化：一般将直连链路的接口网络类型强制改为 P2P 并启用 3-Way，这样既能保证同步过程可靠，又避免了 MA 网络中周期性发送 CSNP 的性能开销。

② MA 网络的同步流程（依赖 DIS）

新加入的路由器直接向多播地址发送自己的 LSP。
MA 网络内各路由器接收并更新，但 无需回复确认。
由 DIS 每隔 10 秒周期性组播发送 CSNP 完整目录，全网路由器根据 DIS 的 CSNP 查漏补缺：

* 如果发现自己缺失，则发送 PSNP 请求，DIS 随后会回应具体的 LSP。

* 如果发现自己有更新的 LSP，则直接发送 LSP 更新整个 MA 网络。

为什么 MA 不需要 PSNP 确认？因为 MA 内路由器众多，若每台都回复确认会充斥大量确认报文。利用 DIS 周期性广播 CSNP 的机制实现了全网隐式同步。

3. LSDB 更新与老化机制

当收到一条 LSP 时，通过以下顺序比对判定是否更新入库：

比较 Sequence Number（序列号）： 序列号越大越新。
比较 Remain Life-Time（剩余存活时间）： * 倒计时从 1200s 减少到 0。如果变成 0 则代表老化该路由（类似于 OSPF Age 3600）。

* 正常情况下，ISIS 每 900s 会自动刷新一次 LSP。

比较 Checksum（校验和）： 若序列号相同且不为 0，校验和越大越新；相同则忽略。

五、第三、四步：SPF 算法与 RC 算法（路由计算）

构建拓扑： LSDB 同步完成后，各路由器获取全网的 LSP 信息。
运行 SPF 算法： 拓扑与路由分离。IS-IS 首先利用拓扑类 TLV 计算出一棵以自身为根、最短无环的“全网节点拓扑树”。
运行 RC（Routing Computation）算法： 在拓扑树的基础之上，将 IP 路由信息作为“叶子”挂载到对应的节点上，计算出具体的 IS-IS 路由，最后提交给 RIB（路由核心表） 。

六、强大的技术基石：TLV 扩展性

IS-IS 没有像 OSPF 那样定义各种错综复杂的 LSA 类型，而是完全基于 TLV (Type-Length-Value) 结构进行功能扩展。

1. TLV 的拆解示例

若传输数据为：01 04 AA BB CC DD

Type (1 字节): 01 —— 代表区域地址。
Length (1 字节): 04 —— 限制了 Value 最大不超过 255 字节。
Value (4 字节): AA BB CC DD

向下兼容特性： 如果新厂商增加了 Type=236 (IPv6) 的新积木，老设备虽然不识别该 Type，但通过读取 Length 即可知道其字节大小，从而安全跳过，老设备不会死机。

2. 核心 TLV 盘点

3. Cost 宽度与窄带限制

窄带（Narrow）： 使用 TLV 2 和 TLV 128。接口开销仅分配了 6 个 bit（最大值 64），路径总开销最大 1023。
宽带（Wide）： 使用 TLV 22 和 TLV 135。接口开销扩大到了 24 bit，路径总开销扩大到 32 bit。
注意：不同 Cost 类型（宽带/窄带）对接时，由于 TLV 无法互相识别，将无法正常计算出路由。

七、实验 LSDB 信息结构拆解说明

在查看 display isis lsdb verbose 时，LSPID 的命名格式为：System-ID.PN-id(伪节点 ID)-fragment-id(分片 ID)。

伪节点 ID (PN-ID)： * 若为 00（如 0100.0100.4004.00-00），代表该 LSP 是由真实路由器产生的。

* 若不为 00（如 0100.0010.3003.01-00），代表该 LSP 是由 DIS 产生的伪节点 LSP，用以通告广播网拓扑。

分片 ID (Fragment-ID)： 当路由信息过多（例如大量 import-route 引入外部路由导致单条 LSP 超过 255 字节限制）时，LSP 会产生分片，分片 ID 会递增（如 -01, -02）。

ISIS 域间防环依靠什么？是否与 OSPF 一致？

不一致。OSPF 域间防环强制依靠 骨干区域（Area 0）星型拓扑 架构，非骨干必须连着骨干。而 IS-IS 的骨干区域非常抽象，它不是一个具体的 Area ID，而是 由所有 Level-2 路由器（包括 L1-2）连续互联构成的逻辑骨干连续体。IS-IS 域间防环依靠 Level 级别的一级向下渗透规则：路由默认只能从小往大传（L1 $\rightarrow$ L2），L2 的路由默认不会传回 L1（除非配置了路由渗透 Route-Leaking），且 L1-2 路由器在发往 L1 区域的 LSP 中会将 ATT 挂载位置 1，指引 L1 产生指向自己的默认路由。这种严密的级别层级和单向控制链确保了域间绝无环路。

IS-IS 协议核心技术笔记

一、 网络拓扑认知与 IS-IS 简介