網絡基礎：IS-IS協議

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）是一種鏈路狀態路由協議，最初由 ISO（International Organization for Standardization）為 CLNS（Connectionless Network Service）網絡設計。IS-IS 后來被應用于 IP 網絡，并在許多大型服務提供商和企業網絡中得到廣泛使用。與 OSPF 類似，IS-IS 是一個內部網關協議（IGP），適用于大型路由域。學習 IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）協議需要了解其多個方面，包括基本概念、工作原理、層次結構、配置方法、路由計算和優化策略等。

IS-IS 的基本概念
IS（Intermediate System）：指路由器，在 IS-IS 中稱為中間系統。
ES（End System）：指終端設備，如計算機、服務器等。
LSP（Link State PDU）：鏈路狀態 PDU，用于攜帶路由信息。
LSDB（Link State Database）：鏈路狀態數據庫，存儲網絡拓撲的完整信息。
NSAP（Network Service Access Point）：網絡服務訪問點地址，標識網絡設備在網絡層的地址，由于在不同協議中可能使用不同的NSAP形式，因此在不同系統中可以配置不同形式的NSAP地址，但是最多只能配置3個。
TLV（Type-Length-Value）：一種數據編碼格式，用于攜帶不同類型的路由信息。
IS-IS 的工作原理

①鄰居發現：IS-IS 路由器通過發送 Hello PDU 來發現并與直接相連的其他 IS-IS 路由器建立鄰居關系。

1）Hello PDU：Hello PDU 在每個 IS-IS 接口上周期性發送，用于發現和維護鄰居關系。
?
2）鄰居關系建立：當一個路由器接收到來自鄰居的 Hello PDU，并且 Hello PDU 中包含的配置信息（如區域 ID、接口類型等）匹配時，鄰居關系就建立起來。

②鏈路狀態廣告（LSPs）：路由器生成 LSPs，描述其鏈路狀態，并通過洪泛機制在整個路由域中傳播。

1）LSP 內容：LSP 包含路由器的標識符、直接相連的鄰居、鏈路成本等信息。
2）LSP 洪泛：LSP 通過洪泛機制傳播到網絡中的每一個路由器。每個路由器在接收到新的 LSP 后，會將其轉發給所有其他鄰居。

③數據庫同步：路由器接收并存儲所有 LSPs，形成鏈路狀態數據庫（LSDB）。

1）數據庫同步：通過交換 LSPs，確保所有路由器的 LSDB 保持一致。當路由器發現其 LSDB 中缺少某些 LSP 時，會向其他路由器請求這些 LSP。
2）LSDB 更新：當網絡拓撲發生變化時（例如，新增或移除鏈路、路由器），對應的 LSP 會被更新，并再次通過洪泛機制傳播。

④路徑計算：使用 SPF（Shortest Path First）算法，根據 LSDB 計算到達每個目的地的最短路徑。

1）SPF 算法：SPF 算法使用 LSDB 中的信息計算出到達每個網絡節點的最短路徑。這個過程通常稱為 Dijkstra 算法。
2）路徑樹：每個路由器根據 SPF 算法生成一個最短路徑樹，描述到達所有其他路由器的最優路徑。

⑤路由更新：根據計算結果更新路由表，并將最佳路徑信息應用于數據轉發。

1）路由表：路由表中記錄了每個目的網絡的下一跳信息和路徑成本。
2）數據轉發：路由器根據路由表中的信息，將數據包轉發到合適的下一跳，最終到達目的地。

IS-IS 的層次結構

IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）協議是一個鏈路狀態路由協議，設計時考慮了支持大規模網絡的需求。為此，IS-IS 使用了一個分層架構，將網絡分為多個級別（Levels）。這種分層方法有助于簡化路由計算，減少路由表大小，并提高網絡的可擴展性。

IS-IS 支持兩級路由，用于更好地管理大型網絡：

①Level-1 路由：在局部區域內進行路由，類似于 OSPF 的非骨干區域。Level-1 路由器只與同一區域內的其他 Level-1 路由器交換信息。

②Level-2 路由：在不同區域之間進行路由，類似于 OSPF 的骨干區域。Level-2 路由器負責跨區域路由信息的交換。

③Level-1-2 路由器：同時參與 Level-1 和 Level-2 路由，用于連接不同區域。

IS-IS配置方法

面是一個詳細的 IS-IS 協議配置示例。假設我們有一個簡單的網絡拓撲，由兩個路由器 R1 和 R2 組成，它們通過一個以太網網絡（192.168.1.0/24）互連，每個路由器還有一個內部網絡（R1的內部網路為10.0.0.1/24;R2的內部網絡為20.0.0.1/24），我們將配置 IS-IS 來實現 R1 和 R2 之間的路由。

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啟用 IS-IS 進程

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

router isis 1：這一行命令用來啟動 IS-IS 路由協議，并為其指定一個進程 ID 1。這個進程 ID 是本地標識，不會在 IS-IS 報文中傳輸。可以是任何整數，通常用來區分同一臺路由器上的多個 IS-IS 進程。

net 49.0001.0000.0000.0001.00：這一行命令用來配置路由器的網絡實體標題（NET，Network Entity Title）。NET 是 IS-IS 路由器的唯一標識，類似于 OSPF 中的 Router ID。NET 是一個 NSAP（Network Service Access Point）地址的一種形式，包含以下部分：

IDP:AFI+IDI ?  IDP相當于IP地址中的主網絡號（網段）
1）AFI（Authority and Format Identifier）：第一個字節，49 表示這是一個私有地址。AFI（Authority and Format Identifier）是 NSAP（Network Service Access Point）地址的一部分，用于標識地址的格式和分配權威。AFI 是 NSAP 地址的第一個字節（8 位）其值范圍為 00 到 FF（十六進制），在 IS-IS 協議中有特定的作用和含義。
2）IDI（Initial Domain Identifier）：0001，標識域，用于標識地址分配的初始域。NSAP 地址結構中的 IDI 部分可以幫助區分不同的地址分配機構和域。（IDI 的值可以標識不同的國家、組織或標準機構）
?
DSP:HO-DSP+ System ID + N-Selector ? DSP相當于IP地址中的子網號和主機地址
3）HO-DSP（High Order Domain Specific Part）：標識高階域部分；域特定部分中的高階部分，用于進一步細化地址分配。（其實就是區域的擴展部分）
4）System ID：0000.0000.0001，標識路由器，通常是 6 字節長，確保每個路由器在 IS-IS 網絡中具有唯一的標識，從而避免路由器之間的沖突。為了方便管理一般來說會根據RouterID來配置SystemID（如現有RouterID 192.168.10.01 ==轉化==> 192.168.010.001  ==轉換為SID==>1921.6801.0001）
5）N-Selector（NSAP Selector）：00，通常是 00，用于標識網絡層的服務訪問點，區分同一網絡節點上的不同服務或協議實例。

AreaID = AFI+IDI+HO-DSP

這個時候有一個net我們該如何區分其AreaID+SystemID+ N-Selector?

49.0001.1720.1600.0001.00

從后往前：00 - N-Selector ;接著從后往前數12位：1720.1600.0001-SystemID;剩下的一部分就是AreaID。

③ 配置接口以參與 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. 啟用 IS-IS 進程

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

  3. 配置接口以參與 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
配置驗證

完成上述配置后，可以使用以下命令驗證 IS-IS 配置和鄰居關系的建立。

查看 IS-IS 鄰居:

R1# show isis neighbors

2.華為

①首先，為 R1 的接口分配 IP 地址并啟用接口：

[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

接下來，啟用 IS-IS 進程并配置 NET 地址。NET 地址在 IS-IS 中唯一標識路由器。

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

為接口啟用 IS-IS

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

②為 R2 的接口分配 IP 地址并啟用接口：

[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

啟用 IS-IS 進程并配置 NET 地址：

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

為特定接口啟用 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，可以使用以下命令驗證 IS-IS 配置和鄰居關系的建立。

[R1] display isis peer

華三

首先，為 R1 的接口分配 IP 地址并啟用接口：

<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

接下來，啟用 IS-IS 進程并配置 NET 地址。NET 地址在 IS-IS 中唯一標識路由器。

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

最后，為特定接口啟用 IS-IS：

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

接著為 R2 的接口分配 IP 地址并啟用接口：

<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

啟用 IS-IS 進程并配置 NET 地址：

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

為特定接口啟用 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，可以使用以下命令驗證 IS-IS 配置和鄰居關系的建立。

[R1] display isis peer

IS-IS 路由分層示例

假設我們有一個網絡，分為兩個區域：

  • 區域 A

  • 區域 B

兩個區域之間通過一個骨干區域互聯。路由器 R1 和 R2 在區域 A 內部，R3 和 R4 在區域 B 內部，R5 和 R6 是連接兩個區域的邊界路由器。

區域 A
+------+ ?  +------+ ?  +------+
|  R1  |----|  R2  |----|  R5  |
+------+ ?  +------+ ?  +------+||+------+|  R6  |+------+|| ? ? ? ? ? ? ? ?
+------+ ?  +------+ ?  +------+
|  R3  |----|  R4  |----|  R5  |
+------+ ?  +------+ ?  +------+
區域 B ?
在這個網絡中：

  • R1 和 R2 是 L1 路由器，僅知道區域 A 內部的路由。

  • R3 和 R4 是 L1 路由器，僅知道區域 B 內部的路由。

  • R5 和 R6 是 L1/L2 路由器，維護 L1 和 L2 路由表，能夠在區域 A 和區域 B 之間傳遞路由信息。

配置示例
R5 的 IS-IS 配置（此處跳過接口配置以及在接口中啟用IS-IS的配置內容）
[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 路由協議使用分層架構，將網絡分為多個級別以簡化路由計算和提高可擴展性。通過正確配置 L1 和 L2 路由器，可以確保不同區域間的路由信息正確傳播和交換，從而實現高效的網絡通信。理解 IS-IS 分層架構對于大規模網絡的設計和管理至關重要。

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