网络基础：IS-IS协议

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）是一种链路状态路由协议，最初由 ISO（International Organization for Standardization）为 CLNS（Connectionless Network Service）网络设计。IS-IS 后来被应用于 IP 网络，并在许多大型服务提供商和企业网络中得到广泛使用。与 OSPF 类似，IS-IS 是一个内部网关协议（IGP），适用于大型路由域。学习 IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）协议需要了解其多个方面，包括基本概念、工作原理、层次结构、配置方法、路由计算和优化策略等。

IS-IS 的基本概念

IS（Intermediate System）：指路由器，在 IS-IS 中称为中间系统。
ES（End System）：指终端设备，如计算机、服务器等。
LSP（Link State PDU）：链路状态 PDU，用于携带路由信息。
LSDB（Link State Database）：链路状态数据库，存储网络拓扑的完整信息。
NSAP（Network Service Access Point）：网络服务访问点地址，标识网络设备在网络层的地址，由于在不同协议中可能使用不同的NSAP形式，因此在不同系统中可以配置不同形式的NSAP地址，但是最多只能配置3个。
TLV（Type-Length-Value）：一种数据编码格式，用于携带不同类型的路由信息。

IS-IS 的工作原理

①邻居发现：IS-IS 路由器通过发送 Hello PDU 来发现并与直接相连的其他 IS-IS 路由器建立邻居关系。

1）Hello PDU：Hello PDU 在每个 IS-IS 接口上周期性发送，用于发现和维护邻居关系。
​
2）邻居关系建立：当一个路由器接收到来自邻居的 Hello PDU，并且 Hello PDU 中包含的配置信息（如区域 ID、接口类型等）匹配时，邻居关系就建立起来。

②链路状态广告（LSPs）：路由器生成 LSPs，描述其链路状态，并通过洪泛机制在整个路由域中传播。

1）LSP 内容：LSP 包含路由器的标识符、直接相连的邻居、链路成本等信息。
2）LSP 洪泛：LSP 通过洪泛机制传播到网络中的每一个路由器。每个路由器在接收到新的 LSP 后，会将其转发给所有其他邻居。

③数据库同步：路由器接收并存储所有 LSPs，形成链路状态数据库（LSDB）。

1）数据库同步：通过交换 LSPs，确保所有路由器的 LSDB 保持一致。当路由器发现其 LSDB 中缺少某些 LSP 时，会向其他路由器请求这些 LSP。
2）LSDB 更新：当网络拓扑发生变化时（例如，新增或移除链路、路由器），对应的 LSP 会被更新，并再次通过洪泛机制传播。

④路径计算：使用 SPF（Shortest Path First）算法，根据 LSDB 计算到达每个目的地的最短路径。

1）SPF 算法：SPF 算法使用 LSDB 中的信息计算出到达每个网络节点的最短路径。这个过程通常称为 Dijkstra 算法。
2）路径树：每个路由器根据 SPF 算法生成一个最短路径树，描述到达所有其他路由器的最优路径。

⑤路由更新：根据计算结果更新路由表，并将最佳路径信息应用于数据转发。

1）路由表：路由表中记录了每个目的网络的下一跳信息和路径成本。
2）数据转发：路由器根据路由表中的信息，将数据包转发到合适的下一跳，最终到达目的地。

IS-IS 的层次结构

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）协议是一个链路状态路由协议，设计时考虑了支持大规模网络的需求。为此，IS-IS 使用了一个分层架构，将网络分为多个级别（Levels）。这种分层方法有助于简化路由计算，减少路由表大小，并提高网络的可扩展性。

IS-IS 支持两级路由，用于更好地管理大型网络：

①Level-1 路由：在局部区域内进行路由，类似于 OSPF 的非骨干区域。Level-1 路由器只与同一区域内的其他 Level-1 路由器交换信息。

②Level-2 路由：在不同区域之间进行路由，类似于 OSPF 的骨干区域。Level-2 路由器负责跨区域路由信息的交换。

③Level-1-2 路由器：同时参与 Level-1 和 Level-2 路由，用于连接不同区域。

IS-IS配置方法

面是一个详细的 IS-IS 协议配置示例。假设我们有一个简单的网络拓扑，由两个路由器 R1 和 R2 组成，它们通过一个以太网网络（192.168.1.0/24）互连，每个路由器还有一个内部网络（R1的内部网路为10.0.0.1/24;R2的内部网络为20.0.0.1/24），我们将配置 IS-IS 来实现 R1 和 R2 之间的路由。

1.思科

在 R1 上配置 IS-IS

①先配置接口IP

R1(config)# interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown
​
R1(config)# interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)# ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
R1(config-if)# no shutdown

②启用 IS-IS 进程

R1(config)# router isis 1
R1(config-router)# net 49.0001.0000.0000.0001.00
R1(config-router)# exit

router isis 1：这一行命令用来启动 IS-IS 路由协议，并为其指定一个进程 ID 1。这个进程 ID 是本地标识，不会在 IS-IS 报文中传输。可以是任何整数，通常用来区分同一台路由器上的多个 IS-IS 进程。

net 49.0001.0000.0000.0001.00：这一行命令用来配置路由器的网络实体标题（NET，Network Entity Title）。NET 是 IS-IS 路由器的唯一标识，类似于 OSPF 中的 Router ID。NET 是一个 NSAP（Network Service Access Point）地址的一种形式，包含以下部分：

IDP:AFI+IDI    IDP相当于IP地址中的主网络号（网段）
1）AFI（Authority and Format Identifier）：第一个字节，49 表示这是一个私有地址。AFI（Authority and Format Identifier）是 NSAP（Network Service Access Point）地址的一部分，用于标识地址的格式和分配权威。AFI 是 NSAP 地址的第一个字节（8 位）其值范围为 00 到 FF（十六进制），在 IS-IS 协议中有特定的作用和含义。
2）IDI（Initial Domain Identifier）：0001，标识域，用于标识地址分配的初始域。NSAP 地址结构中的 IDI 部分可以帮助区分不同的地址分配机构和域。（IDI 的值可以标识不同的国家、组织或标准机构）
​
DSP:HO-DSP+ System ID + N-Selector   DSP相当于IP地址中的子网号和主机地址
3）HO-DSP（High Order Domain Specific Part）：标识高阶域部分；域特定部分中的高阶部分，用于进一步细化地址分配。（其实就是区域的扩展部分）
4）System ID：0000.0000.0001，标识路由器，通常是 6 字节长，确保每个路由器在 IS-IS 网络中具有唯一的标识，从而避免路由器之间的冲突。为了方便管理一般来说会根据RouterID来配置SystemID（如现有RouterID 192.168.10.01 ==转化==> 192.168.010.001  ==转换为SID==>1921.6801.0001）
5）N-Selector（NSAP Selector）：00，通常是 00，用于标识网络层的服务访问点，区分同一网络节点上的不同服务或协议实例。

AreaID = AFI+IDI+HO-DSP

这个时候有一个net我们该如何区分其AreaID+SystemID+ N-Selector?

49.0001.1720.1600.0001.00

从后往前：00 - N-Selector ;接着从后往前数12位：1720.1600.0001-SystemID;剩下的一部分就是AreaID。

③ 配置接口以参与 IS-IS

R1(config)# interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)# ip router isis 1
​
R1(config)# interface GigabitEthernet0/1
R1(config-if)# ip router isis 1

在 R2 上配置 IS-IS

1. 配置接口 IP 地址

   R2(config)# interface GigabitEthernet0/0
   R2(config-if)# ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
   R2(config-if)# no shutdown
   ​
   R2(config)# interface GigabitEthernet0/1
   R2(config-if)# ip address 20.0.0.1 255.255.255.0
   R2(config-if)# no shutdown

2. 启用 IS-IS 进程

   R2(config)# router isis 1
   R2(config-router)# net 49.0001.0000.0000.0002.00
   R2(config-router)# exit

3. 配置接口以参与 IS-IS

   R2(config)# interface GigabitEthernet0/0
   R2(config-if)# ip router isis 1
   ​
   R2(config)# interface GigabitEthernet0/1
   R2(config-if)# ip router isis 1

配置验证

完成上述配置后，可以使用以下命令验证 IS-IS 配置和邻居关系的建立。

查看 IS-IS 邻居:

R1# show isis neighbors

2.华为

①首先，为 R1 的接口分配 IP 地址并启用接口：

[R1] interface GigabitEthernet0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] undo shutdown
[R1-GigabitEthernet0/0/0] quit

接下来，启用 IS-IS 进程并配置 NET 地址。NET 地址在 IS-IS 中唯一标识路由器。

[R1] isis 1
[R1-isis-1] network-entity 49.0001.1921.6800.1001.00
[R1-isis-1] quit

为接口启用 IS-IS

[R1] interface GigabitEthernet0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] isis enable 1
[R1-GigabitEthernet0/0/0] quit

②为 R2 的接口分配 IP 地址并启用接口：

[R2] interface GigabitEthernet0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] undo shutdown
[R2-GigabitEthernet0/0/0] quit

启用 IS-IS 进程并配置 NET 地址：

[R2] isis 1
[R2-isis-1] network-entity 49.0001.1921.6800.1002.00
[R2-isis-1] quit

为特定接口启用 IS-IS：

[R2] interface GigabitEthernet0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] isis enable 1
[R2-GigabitEthernet0/0/0] quit

完成上述配置后，可以使用以下命令验证 IS-IS 配置和邻居关系的建立。

[R1] display isis peer

华三

首先，为 R1 的接口分配 IP 地址并启用接口：

<R1> system-view
[R1] interface GigabitEthernet1/0/1
[R1-GigabitEthernet1/0/1] ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
[R1-GigabitEthernet1/0/1] undo shutdown
[R1-GigabitEthernet1/0/1] quit

接下来，启用 IS-IS 进程并配置 NET 地址。NET 地址在 IS-IS 中唯一标识路由器。

[R1] isis 1
[R1-isis-1] network-entity 49.0001.1921.6800.1001.00
[R1-isis-1] quit

最后，为特定接口启用 IS-IS：

[R1] interface GigabitEthernet1/0/1
[R1-GigabitEthernet1/0/1] isis enable 1
[R1-GigabitEthernet1/0/1] quit

接着为 R2 的接口分配 IP 地址并启用接口：

<R2> system-view
[R2] interface GigabitEthernet1/0/1
[R2-GigabitEthernet1/0/1] ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
[R2-GigabitEthernet1/0/1] undo shutdown
[R2-GigabitEthernet1/0/1] quit

启用 IS-IS 进程并配置 NET 地址：

[R2] isis 1
[R2-isis-1] network-entity 49.0001.1921.6800.1002.00
[R2-isis-1] quit

为特定接口启用 IS-IS：

[R2] interface GigabitEthernet1/0/1
[R2-GigabitEthernet1/0/1] isis enable 1
[R2-GigabitEthernet1/0/1] quit

完成上述配置后，可以使用以下命令验证 IS-IS 配置和邻居关系的建立。

[R1] display isis peer

IS-IS 路由分层示例

假设我们有一个网络，分为两个区域：

• 区域 A

• 区域 B

两个区域之间通过一个骨干区域互联。路由器 R1 和 R2 在区域 A 内部，R3 和 R4 在区域 B 内部，R5 和 R6 是连接两个区域的边界路由器。

区域 A
+------+    +------+    +------+
|  R1  |----|  R2  |----|  R5  |
+------+    +------+    +------+||+------+|  R6  |+------+||                
+------+    +------+    +------+
|  R3  |----|  R4  |----|  R5  |
+------+    +------+    +------+
区域 B  

在这个网络中：

• R1 和 R2 是 L1 路由器，仅知道区域 A 内部的路由。

• R3 和 R4 是 L1 路由器，仅知道区域 B 内部的路由。

• R5 和 R6 是 L1/L2 路由器，维护 L1 和 L2 路由表，能够在区域 A 和区域 B 之间传递路由信息。

配置示例

R5 的 IS-IS 配置（此处跳过接口配置以及在接口中启用IS-IS的配置内容）

[R5] isis 1
[R5-isis-1] network-entity 49.0001.0000.0000.0005.00
[R5-isis-1] is-level level-1-2
[R5-isis-1] quit

IS-IS 路由协议使用分层架构，将网络分为多个级别以简化路由计算和提高可扩展性。通过正确配置 L1 和 L2 路由器，可以确保不同区域间的路由信息正确传播和交换，从而实现高效的网络通信。理解 IS-IS 分层架构对于大规模网络的设计和管理至关重要。