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IS-IS 动态路由协议
1. 前言
为什么要学习 IS-IS 路由协议 ,这是我们学习一个 协议 前要了解的。 IS-IS 路由 协议与 OSPF路
由协议都是链路状 态路由协议,他们不但适合应用于 LAN的环境,而且更多使用在城域网的环
境中,目前城域网技术的发展有三个主流方向,即 IP 城域网技术、城域以太网技术、 光城域网
技术。在 IP 城域网中关键技术包括路由技术、 端到端的 QoS管理、接入网技术和用户 / 业务管理。
在路由技术中最常用的就是 BGP、OSPF和 IS-IS 三种路由协议。如果想了解城域网的知识,所
以需要先学习 IS-IS 路由协议。
2. OSI 与 CLNS 概述
OSI(Open System Interconnect )参考模型是一个国际化标准,用于增强不同厂商设备之间的
互操作性。 它定义了一个 7 层的模型, 并且详细规定了各层的功能, 同时也确定了计算机网络的
标准。
制 定 OSI 七层参考模型的是 ISO(International Organization for Standardization ,国际
标准化组织)。对于数据通信和信息技术的发展来说, OSI 参考模型起到了重要的作用。它提供
了开放式的标准架构,使 不同厂商生产的通信设备之间可以进行互联和互操作。 ISO 七层模型
的每一层都定义了单一的功能, 可以将相关功能组合成功能层, 从而简化和方便了协议的设 计。
OSI 参考模型中的网络服务规范定义了网络设备之间使用无连接通信的功能,也就是 CLNS
(Connectionless Network Service ,无连接网络服务)。顾名思义,使用 CLNS,无需在发送
数据之间建立端到端的路径。下图中展示的是 CLNS中所包括的协议组件,这些协议 组件都由
ISO 所定义。
正 如上图所示, CLNP(Connectionless Network Protocol ,无连接网络协议)、 IS-IS 、ES-IS
(End System —Intermediate System ,终端系统—中间系统)都是 ISO 定义的独立的 OSI 第三
层(网络层)的协议,这些协议分别在不同的 ISO 标准中定义:
CLNP:在 ISO 8473 中定义,定义了 CLNS所使用的协议。
IS-IS:在 ISO 10589 中定义,定义了在使用 CLNP的网络中,中间系统与中间系统间进行
路由信息的交换方式。
ES-IS:在 ISO 9542 中定义,定义在使用 CLNP的网络中,终端系统与中间系统间进行路
由信息交换的方式。
CLNP 这个名词可能很多人都比较陌生,它是一个 OSI 网络层协议。打个比方来说,它就相当于
我们所熟悉的 IP 协议,而 IP 定义为用来为 TCP/IP 协议栈提供网 络层服务。与 IP 一样, CLNP
也是一个无连接的协议,不提供可靠的数据连接,而且也独立于下层(数据链路层)协议。我们
都知道, IP 是 TCP/IP 协议 栈中唯一的网络层协议,高层的协议和数据全都封装在 IP 数据包中
进行传输。 这不同于 CLNS网络环境, 在 CLNS中,CLNP、IS-IS 、ES-IS 都 是独立的网络层协议,
它们都直接被封装到数据链路层的帧中进行传输。
如同 IP 一样, CLNP也有一套自己的寻址体系,我们称之为 CLNP地址。 CLNP地址的结构和寻址
方式与我们熟悉的 IP 地址有着很大的差别。
在 OSI 术语中,主机(例如 PC)被称为 ES(终端系统), 路由器 被称为 IS(中间系统)。 ES-IS
可以说是一种终端系统和 路由器 之间的“语言”或路由协 议。它用来使同一网段或链路的终端
系统和路由器之间可以彼此发现对方,并可以让 ES 能够获悉其网络层地址。总结来说, ES-IS
主要有以下几种功能:
使 ES获悉其所在的区域,即区域前缀
在 ES与 IS之间建立邻接关系
建立数据链路层地址到网络层地址( CLNP地址)的映射
可以看出, ES-IS 在 CLNS网络环境中的作用就好像 IP 网络中的 ICMP、ARP与 DHCP协议的协同
工作。
在 ES-IS 工作过程中,终端系统通过发送 ESH(ES Hello )报文到特定的地址,目的是向路由器
通告自己的存在。路由器通过监听 ESH报文,以发现网络中存在的 ES,以便后续将到达特定 ES
地址的数据包转发给 ES。
在 ES-IS 中,路由器通过发送 ISH( IS Hello )报文到特定地址,也向 ES通告其自身的存在。
ES也监听 ISH,如果收到多个 IS 发送的 ISH,ES 将随即进行选择,并将所有数据都发送给这个
IS 。
需要注意的是, 通常我们的终端系统, 例如 PC,都不使用 ES-IS ,因为这些 PC都运行的是 TCP/IP
协议栈,类似 ES-IS 的工作都由 TCP/IP 协议栈中的 ARP、ICMP、DHCP协议来完成。
下图所示为 CLNS中 ES-IS 的工作机制:
IS- IS 是 CLNS中一个重要的组成部分, 它是一个用来在 CLNS网络环境中使路由器与路由器 ( IS
与 IS )之间 动态 的交换路由信息的协议, IS-IS 在 ISO 10589 中进行了定义。 IS 与 IS ,即路由
器与路由器之间的通信使用 IIH (IS-IS Hello )报文。 IS-IS 的设计主要是为了满足 CLNS网络
中的如下需求:
在路由域内执行路由选择协议功能
为网络提供最佳路由
当网络出现故障后,能够快速的收敛
提供无环路的网络
提供网络的稳定性
提供网络的可扩展性
合理利用网络资源
为了满足如上需求, IS-IS 被设计成一种链路状态路由协议,并且使用 SPF最短路径优先算法以
实现快速的收敛和无环路网络。
之 前所提到的 IS-IS ,它仅支持 CLNS网络环境,而不支持 IP 网络环境中的路由信息交换。后
来, IETF 在 RFC 1195 中对 IS-IS 进行了修改和扩展,称之为集成 IS-IS (Integrated IS-IS )
或双重 IS-IS (Dual IS-IS )。集成 IS-IS 的制定是为了使其能够同时应用在 TCP/IP 网络和 OSI
网络中,使其能够为 IP 网络提供动态的路由信息交换。
集 成 IS-IS 是一个能够同时处理多个网络层协议(例如 IP 和 CLNP)的路由选择协议。相反,
OSPF只支持 IP 一种网络层协议,即 OSPF仅支持 IP 路 由。而集成 IS-IS 可以支持纯 CLNP网络
或纯 IP 网络,或者同时支持 CLNP和 IP 两种网络环境,并为其提供路由功能。集成 IS-IS 协议
经过多年的 发展,已经成为一个可扩展的、功能强大的、易用的 IGP 路由选择协议,并且在运
营商网络中得到了更多的应用和部署,主要用来实现域内的 IP 路由选择。
3. OSI 路由选择
OSI 规范中定义了四种路由选择级别,分别为 L0、 L1、 L2 和 L3。
L0 路由选择
L0 路由选择是发生在 ES与 IS 之间的,它通过使用 ES-IS 进行路由信息的交换。正如之前介绍
ES-IS 那样, ES 通过侦听 IS 发送的 ISH 报文来获知 IS 的存在。当 ES 要向其他 ES 发送信息是,
它将把数据包发送到 IS 。同样, IS 也侦听 ES发送的 ESH报文以获知 ES 的存在,当有数据包要
发送个某个 ES 时,它便根据通过 ESH获取到的信息发送个特定的 ES。这个过程就称为 L0 路由
选择。
L1 路由选择
从 图中可以看出, L1 路由选择发生在同一区域内的 IS 之间。所谓区域是指在 CLNP地址中拥有
相同区域前缀的一组 ES 和 IS 。这里的区域概念与 OSPF中的 区域非常相似。 同一个区域中的 IS
之间通过交换路由信息后,便得知了本区域内的所有路径。当 IS 收到一个到目标地址是本区域
内地址的数据包后,通过查看数 据包的目的地址以将数据包发往正确的链路或目的地。可以看
到, L1 路由也就是区域内的路由选择。
L2 路由选择
当 IS 收到一个目的地址不是本区域的数据包时, 数据包将被转发到其他区域的 IS ,其他区域的
IS 再将其转发到正确的目的地或者将数据包中继到其他区域,以便 由其他区域的 IS 转发到正
确的目的地。这样的路由被称作 L2 路由选择,可以看到, L2 路由选择是发生在区域之间的,所
以也称作区域间路由。
L3 路由选择
了 解了 L0、 L1、L2 路由选择后,我们已经可以猜测出 L3 路由选择的作用了, L3 路由选择就是
域间的路由。 L3 路由选择类似与 IP 路由中的 BGP(Border Gateway Protocol ,边界网关协议) ,
它的目的是在不同的路由域或自治系统( AS,Autonomous System )间交换路由信息,并将去往
其他自治系统的数据包转发到正确的自治系统以便到达最终目的地。 这些自治系统之间可能拥有
不同的路由拓扑,所以不 能直接进行路由信息的交换。通常 L3 路由选择都是由 IRDP
(Inter-Domain Routing Protocol ,域间路由选择协议)来完成的, IRDP 的功能类似于 IP 路
由中的 BGP路由协议。
4. IS-IS 路由选择
IS-IS 所完成的路由功能就是 L1 和 L2 路由选择, 也就是说 IS-IS 用来在同一个路由域内进行区
域内和区域间的路由选择。
IS-IS 路由选择分为两个等级,即 L1 和 L2。IS-IS 区域中的 L1 路由选择负责路由到区域内的终
端系统( ES)和 IS 。在同一个路由选择区域中,所有设备的区域地址都相同。区域内的路由选
择是通过查看地址中的系统 ID 后,然后选择最短的路径来完成的。
L2 路由选择是在 IS-IS 区域之间进行的。路由器通过 L2 路由选择获悉 L1 路由选择区域的位置
信息, 并建立一个到达其他区域的路由表。 当路由器收到数据包后, 通过查看数据包的目标区域
地址(非本区域的区域地址),选择一条最短的路径来路由数据包。
由于 IS-IS 负责 L1 和 L2 等级的路由, IS-IS 路由器等级(或称 IS-IS 路由器类型)可以分为三
种: L1 路由器( Level 1 )、 L2 路由器( Level 2 )和 L1/2 ( Level 1/2 )路由器。
L1 路由器
属 于同一个区域并参与 Level 1 路由选择的路由器称为 L1 路由器。 L1 路由器类似于 OSPF中的
非骨干内部路由器。在 CLNP网络环境中, L1 路由选择负责收集本区域内所有主机和路由 器的
信息,可以说 L1 路由器只关心本区域的拓扑结构。 L1 路由器将去往其他区域的数据包发送到最
近的 L1/2 路由器上。
L2 路由器
属 于不同区域的路由器通过实现 Level 2 路由选择来交换路由信息, 这些路由器成为 L2 路由器
或骨干路由器。 L2 路由器类似于 OSPF中的骨干路由器。 在 CLNP网络环境中, L2 路由器与其他 L2
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Wshichuan
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