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一、IS-IS协议基本原理

1、 ISIS协议的应用场景

（1）园区网特点

应用型网络，主要面向企业网用户。路由器数量偏少，动态路由的LSDB库容量相对偏少，三层路由域相对偏少。有出口路由的概念，对内部外部路由划分敏感。地域性跨度不大，带宽充足，链路状态协议开销对带宽占用比偏少。路由策略和策略路由应用频繁多变，需要精细化的路由操作。 OSPF的多路由类型（内部/外部），多区域类型（骨干/普通/特殊），开销规则优良（根据带宽设定），网络类型多样（最多五种类型）的特点在园区网得到了极大的发挥。

（2）骨干网特点

服务型网络，由ISP（互联网服务提供商）组建，并为终端用户提供互联服务。路由调度占据绝对统治地位，路由器数量庞大。架构层面扁平化，要求IGP作为基础路由为上层BGP协议服务。 LSDB规模宏大，对链路收敛极度敏感，线路费用高昂。追求简单高效，扩展性高，满足各种客户业务需求（IPV6/IPX）。 IS-IS的快速算法（PRC得到加强），简便报文结构（TLV），快速邻居关系建立，大容量路由传递（基于二层开销低）等一系列特点在骨干网有着天然的优势。

2、IS-IS的协议历史起源

最初是国际标准化组织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。为了提供对IP的路由支持，IETF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环境中，称为集成化IS-IS（Integrated IS-IS），后面如果没有特别说明，提到的IS-IS都是指集成IS-IS。 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，使用最短路径优先算法进行路由计算。

3、ISIS路由计算：

（1）邻居关系建立

邻居关系建立主要是通过HELLO包交互并协商各种参数，包括电路类型（level- 1/level-2），Hold time，网络类型，支持协议，区域号，系统ID，PDU长度，接口 IP等。

（2）链路信息交换

与OSPF不同，ISIS交互链路状态的基本载体不是LSA（link state advertisement），而是LSP（link state PDU）；交互的过程没有OSPF协议那样经历了多个阶段，主要是通过CSNP和PSNP两种协议报文来同步，请求以及确认链路状态信息（承载的是链路状态信息摘要），而链路状态信息的详细拓扑和路由信息是由LSP报文传递。

（3）路由计算

SPF计算和OSPF基本一样的，但ISIS算法分离了拓扑结构和IP网段，加快了网络收敛速度。

4、地址结构

（1）NSAP地址

IDP相当于IP地址中的主网络号。它是由ISO规定，并由AFI与IDI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用来指示服务类型。

（2）Area Address（Area ID）

由IDP和DSP中的High Order DSP组成，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，相当于OSPF中的区域编号。 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）。 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。

（3）NET

网络实体名称NET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。在配置IS-IS过程中，NET最多也只能配3个。在配置多个NET时，必须保证它们的System ID都相同。

5、ISIS协议中三种类型路由器

（1）Level-1路由器

Level-1只能与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻居关系，只负责维护Level-1的链路状态数据库，该LSDB包含本区域内的路由信息，到本区域外的报文转发给最近的Level-1-2路由器。Level-1路由器只可能建立Level-1的邻接关系。

（2）Level-2路由器

Level-2路由器负责区域间的路由，它可以与相同或者不同区域的Level-2路由器或者不同区域的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。Level-2路由器只可能建立Level-2的邻接关系。

（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。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。 Level-1-2路由器可以与同一区域的Level-1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。不同区域间，只能建立Level-2的邻接关系： Level-2路由器可以与Level-2路由器建立邻接关系。 Level-1-2路由器可以与Level-2路由器建立邻接关系。

6、邻居hello报文

（1）HELLO PDU（Hello protocol data unit）

HELLO报文的作用是邻居发现，协商参数并建立邻居关系，后期充当保活报文。 IS-IS建立邻居关系和OSPF一样，通过hello报文的交互来完成。但是会根据场景分为三种类型的hello报文。广播网中的Level-1 IS-IS使用Level-1 LAN IIH（Level-1 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0014。广播网中的Level-2 IS-IS使用Level-2 LAN IIH（Level-2 LAN IS-IS Hello），目的组播MAC为：0180-c200-0015。非广播网络中则使用P2P IIH（point to point IS-IS Hello）。但是其没有表示DIS （虚节点）的相关字段。 IIH报文需要通过填充字段用于邻居两端协商发送报文的大小。

（2）IS-IS支持的网络类型

点对点网络类型（P2P）。广播多路访问网络类型（Broadcast Multiple Access）。

（3）在P2P链路上，分为两次握手机制和三次握手机制

两次握手只要路由器收到对端发来的Hello报文，就单方面宣布邻居为up状态，建立邻居关系，不过容易存在单通风险。通过三次发送P2P的IS-IS Hello PDU最终建立起邻居关系，与广播链路邻居关系的建立情况相同。

（3）在广播链路上，使用LAN IIH报文执行三次握手建立邻居关系。

当收到邻居发送的Hello PDU报文里面没有自己的system ID的时候，状态机进入 initialized。只有收到邻居发过来的Hello PDU有自己的system ID才会up，排除了链路单通的风险。

7、DIS以及DIS和DR的类比

1、DIS与伪节点

DIS是指指定中间系统（Designated IS）。伪节点是指在广播网络中由DIS创建的虚拟路由器。

2、DIS的特点

在广播网络，需要选举DIS，所以在邻居关系建立后，路由器会等待两个Hello报文间隔再进行DIS的选举。Hello报文中包含Priority 字段，Priority值最大的将被选举为该广播网的DIS。若优先级相同，接口MAC地址较大的被选举为DIS。IS-IS中DIS发送Hello时间间隔默认为10/3秒，而其他非DIS路由器发送Hello间隔为10秒。

3、DIS与DR的类比

选举时优选级的比较，DIS的优先级为0也可以参与选举。OSPF中优先级为0不参与选举DR。选举的过程需要一定的时间，OSPF选举DR/BDR需要waiting time达40秒，过程也  选举结果ISIS只有一个DIS，但是OSPF除了有DR，还有一个BDR用做备份。选举结束后，后期有新的Router加入到链路进来，如果优先级比DIS高是可抢占的，但是DR是不可抢占的。选举完成后，ISIS网络链路内所有的路由器之间都建立的是邻接关系。OSPF中 DRothers只与DR/BDR形成full邻接关系， DRothers之间只有2-way的关系。

4、关于DIS和DR的作用

进行SPF计算时，都把它当成虚节点，简化MA网络的逻辑拓扑（相同点）。都是为了减少LSP/LSA的泛洪（相同点）。

8、链路状态信息的载体

（1）ISIS TLV

*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，增加新特点只需要增加新TLV即可。不需要改变整个报文的整体结构。网络拓扑结构和路由信息用TLV结构表现使得报文的灵活性和扩展性得到了极大的发挥。

（2）LSP PDU（Link State Protocol PDU）

LSP类似于OSPF的LSA，承载的是链路状态信息，包含了拓扑结构和网络号。 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。 LSP 报文中包含了两个重要字段是ATT字段、IS-Type字段。其中ATT字段用于标识该路由是L1/L2路由器发送的，IS-Type用来指明生成此LSP的IS-IS类型是Level-1还是Level-2 IS-IS。 LSP的刷新间隔为15分钟；老化时间为20分钟。但是一条LSP的老化除了要等待20分钟外，还要等待60秒的零老化时延；LSP重传时间为5秒。

（3）SNP PDU（Sequence Number PDU）：**

CSNP（Complete Sequence Number PDU）包括LSDB中所有LSP的摘要信息，从而可以在相邻路由器间保持LSDB的同步 PSNP（Partial Sequence Number PDU）包含部分LSDB中的LSP摘要信息，能够对LSP 进行请求和确认。 CSNP 类似于OSPF的DD报文传递的是LSDB里所有链路信息摘要。PSNP类似于OSPF的 LSR或LSAck报文用于请求和确认部分链路信息。

9、链路状态信息的通告

（1）P2P网络LSDB同步过程

建立邻居关系之后，RTA与RTB会先发送CSNP给对端设备。如果对端的LSDB与 CSNP没有同步，则发送PSNP请求索取相应的LSP。假定RTB向RTA索取相应的LSP，此时向RTA发送PSNP。RTA发送RTB请求的LSP的同时启动LSP重传定时器，并等待RTB发送PSNP作为收到LSP的确认。如果在接口LSP重传定时器超时后，RTA还没有收到RTB发送的PSNP报文作为应答，则重新发送该LSP直至收到RTB的PSNP报文作为确认。

（2）MA网络中新加入的路由器与DIS 的LSDB同步交互过

假设新加入的路由器RTC已经与RTB（DIS）和RTA建立了邻居关系。建立邻居关系之后，RTC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居都将收到该LSP。该网段中的DIS会把收到RTC的LSP加入到LSDB中，并等待CSNP报文定时器超时（DIS每隔10秒发送CSNP报文）并发送CSNP 报文，进行该网络内的LSDB同步。 RTC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（如RTA和RTB的LSP就没有）。

10、IS-IS的计算特点：

在本区域内路由器第一次启动的时候执行的是Full-SPF算法。后续收到的LSP更新，如果是部分拓扑的变化执行的iSPF计算。如果只是路由信息的变化，执行的就是PRC计算。由于采用拓扑与网络分离的算法，路由收敛速度得到了加强。 ISIS路由计算的开销方式： Narrow模式（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围为1～63）。 Wide模式（设备默认模式开销都是10，手工配置接口开销取值范围是1～ 16777215）。进程下加入auto-cost enable命令，Narrow模式和Wide模式都会参考接口带宽大小计算开销值，只是参考准则有少许差异。

11、IS-IS整体拓扑：

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。拓扑中为一个运行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Level-2的所有路由器，还包括Level-1-2路由器。 Level-1-2级别的路由器可以属于不同的区域，在Level-1区域，维护Level-1的LSDB，在Level-2区域，维护Level-2的LSDB。拓扑所体现的IS-IS与OSPF不同点：在OSPF中，每个链路只属于一个区域；而在IS-IS中，每个链路可以属于不同的区域；在IS-IS中，单个区域没有物理的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级别的路由器分别采用SPF算法，分别生成最短路径树 SPT；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。

12、区域间路由：

（1）Level-1路由器的路由特点

只拥有Level-1的链路状态数据库。其链路状态数据库中只有本区域路由器LSP。其路由表里没有其他区域的路由信息。其路由表里都有一条默认路由，下一条是指向到Level-1-2路由器。

（2）Level-2路由器的路由特点

Level-2路由器只有Level-2的链路状态数据库。其LSDB中有骨干区域路由器的LSP，但是没有Level-1路由器产生的LSP。路由表里面有整个网络的路由信息。

（3）Level-1-2路由器的路由特点

Level-1-2路由器同时拥有Level-2和Level-1的链路状态数据库。 Level-1数据库包含本区域的LSP，Level-2数据库包含骨干区域LSP。在自己产生的Level-1的LSP中设置了ATT比特位为1。

（4）区域49.0001访问区域49.0002

L1/2路由器RTA产生ATT置位为1的LSP L1路由器收到ATT为1的LSP会产生下一跳指向L1/2路由器的默认路由

（5）区域49.0002访问区域49.0001

L1/2路由器RTA会把区域49.0001的明细路由以叶子节点方式挂载在L 2级别的LSP.上面并处在Level-2的L SDB中 L2路由器通过自己SPF计算得出访问Area49.0001的明细路由

二、IS-IS与OSPF的区别

1、 ISIS和OSPF的差距

2、网络类型和开销方式：

IS-IS协议只支持两种网络类型，且所有带宽默认开销值都是一样的，OSPF协议支持四种网络类型，且会根据不同的带宽设定相应的开销值，对帧中继，按需链路等网络类型有很好的支持。

（1）区域类型

IS-IS协议分L1/L2区域，L2区域是骨干区域有全部明细路由。L1去往L2只有默认路由。 OSPF协议分骨干区域，普通区域，特殊区域。普通区域和特殊区域跨区域访问需要经过骨干区域。

（2）报文类型

IS-IS协议路由承载报文类型只有LSP报文且里面路由信息是不区分内部与外部的，简单高效，无需递归计算。OSPF协议路由承载报文LSA类型多样，有1/2/3/4/5/7类等。路由级别等级森严，且需要递归计算，适合精细化调度计算。

（3）路由算法

ISIS协议区域内某个节点上的网段发生变化时，触发的是PRC算法，收敛比较快，计算路由的报文开销也比较小。OSPF协议由于网络地址参与了拓扑的构建，在区域内当网段地址改变触发的是i-spf算法，相对来说过程繁琐复杂些。

（4）扩展性

ISIS协议任何路由信息都使用TLV传递，结构简单，易于扩展，如对IPv6的支持只增加2个TLV就解决了。且ISIS本身对IPX等协议是支持的。OSPF协议本身是为IP特定开发的，支持IPv4和IPv6的OSPF协议是两个独立的版本（OSPFv2和OSPFv3）。

3、具体差异总结

它们有很多共同之处，都是链路状态路由协议，都使用SPF算法，VSLM 快速会聚。从使用的目的来说没有什么区别。从协议实现来说OSPF其于TCP/ ip协议簇，运行在IP层上，协议号89；ISIS基于ISO CLNS，设计初是为了实现ISO CLNP路由，在后来加上了对IP路由的支持。

（1）从具体细节来说：

1：区域设计不同，OSPF采用一个骨干AREA0与非骨干区域，非骨干区域必须与AREAO连接。ISIS由 L1 L2 L12路由器组成的层次结构，它使用的LSP要少很多，在同一个区域的扩展性要比OSPF好。 2 OSPF有很多种LSA，比较复杂并占用资源，而ISIS的LSP要少很多，所以在CPU占用和处理路由更新方面，ISIS要好一些。 3 isis 的定时器允许比OSPF更细的调节，可以提高收敛速度。华为、Cisco网络技术论坛 4 OSPF数据格式不容易增加新的东西，要加，就需要新的LSA，而ISIS可以很容易的通过增加TLV进行扩展，包括对IPV6等的支持。 5 从选择来说，ISIS更适合运营商级的网络，而OSPF非常适合企业级网络。

（2）从稳定和可靠性来看

骨干网要求路由协议的高稳定性和可靠性，以及快速收敛。OSPF协议是基于IP层的，所以其只能支持IP网络，且网络上一些基于IP的攻击会影响到OSPF的正常运行。ISIS是直接运行在链路层上的，其可以承载多种网络类型，且在预防网络攻击方面也有一些天然的优势。

（3）从支持的网络规模来看

OSPF、ISIS都有网络分层的概念，也都有区域的概念，OSPF有骨干区域0和分支区域，ISIS有相应的Level2、Level1的概念。OSPF有普通区域、Stub区域、Total Stub区域、NSSA区域等区域类型，而IS-IS 从功能上看它就是一个OSPF 的简化版本，只实现了骨干区（LEVEL2）和STUB 区(LEVEL1)，由于其LEVEL1访问其他区域网络是采用到最近的L1/L2 路由器方式，容易产生路由次优化问题, 这样某些组网时就需要借助其他的方法来实现某些功能，如：在构建MPLS VPN的过程中就需要采用路由渗透，造成实现和维护复杂。由于ISIS计算路由的时候采用PRC计算，ip前缀作为最短生成树的叶子节点，而OSPF是围绕链路建立的，在相同大小的区域，ISIS比OSPF更加稳定且消耗资源少，相比OSPF支持的网络规模更大。

（4）从灵活性来看

OSPF协议比较灵活，协议是基于接口的，支持的网络类型全面，且技术成熟，在城域网中，使用IGP用来传播用户路由，组网设备杂，关注的是协议的灵活性兼容性，以及能否满足大量用户复杂路由控制的需求，这些是OSPF 的强项，建议使用OSPF。对于新维护方面OSPF协议在城域网中得到了广泛的应用，尤其是早期的网络维护人员对OSPF协议相当熟悉；

（5）从扩展性来看

ISIS结构严谨，运行稳定，IS-IS路由器只能属于一个区域，并且不提供对NBMA、P2MP接口的直接支持。ISIS可扩展性更好：ISIS能支持多种网络层协议（ OSPF仅支持IP协议）；ISIS区域能平滑地平移、分割、合并，流量不中断；ISIS是基于TLV的，协议本身扩展容易。最近几年，在各大运营商的骨干网络中大量使用了ISIS协议，在选取协议时，需要考虑原有网络中运行的是何种协议，如目前某些运营商在骨干层次采用ISIS，而在城域网内部采用OSPF协议，为了保护网络的延续性，在选取协议类型时需要予以考虑。新建的网络，如果所有设备都支持ISIS，可以考虑ISIS。

三、IS-IS应用场景配置

1、华为IS-IS常用命令

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isis 1
network-entity 49. 0123. 1111. 1111.1111. 00    配置设备的NET地址
is- name AR1                                 配置设备的名称(可以不配)
interface Gigabi tEthernet0/0/0
ip address 172. 16. 10. 1 255. 255. 255. 0
isis enable 1                将接口宣告进ISIS进程
dis isis peer                  查看ISIS的邻居
dis isis lsdb                   查看ISIS的数据库
[AR3]dis isis int             查看本路由器上哪些接口宣告进ISIS进程
display isis route          查看isis路由表
display ip routing- table protocol isis
相同区域的链路状态数据库    同时建立leval1 和lavel2 两种级别的
不同区域内只建立level2的数据库