11.HCIP IS-IS协议基础知识

IS-IS协议基础知识

一、IS-IS协议概述

IS-IS全称为Intermediate System to Intermediate System，即中间系统到中间系统。ISO将具有路由功能的设备称为中间系统（IS），将不具备路由转发能力的终端称为终端系统（ES）。ES-IS则解决终端系统与中间系统之间的通信问题。

IS-IS是ISO定义的OSI协议栈中CLNS（无连接网络服务）的一部分。早期的网络环境以OSI协议栈为主流，IS-IS应运而生。随着TCP/IP协议栈的崛起，经过扩展后的IS-IS能够在IP网络中运行，因其出色的扩展性，IS-IS在当前的大规模网络中仍然被广泛使用。

在应用场景上，OSPF通常用于企业网络，基于策略对业务流量进行精细控制，满足定制化业务需求；而IS-IS更多应用于广域骨干网，追求快速转发和路由收敛速度。

二、IS-IS的区域与级别

2.1 两级分层结构

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。与OSPF使用Area 0专门标识骨干区域不同，IS-IS通过连续的Level-2路由器或Level-1-2路由器构成的逻辑连接来组成骨干区域。

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。

2.2 路由器级别

在IS-IS中，每个路由器都只属于一个区域；而在OSPF中，一个路由器的不同接口可以属于不同的区域。

Level-1路由器

Level-1路由器负责区域内的路由，它只与属于同一区域的Level-1和Level-1-2路由器形成邻居关系，属于不同区域的Level-1路由器不能形成邻居关系。Level-1路由器只负责维护Level-1的LSDB，该LSDB包含本区域的路由信息，到本区域外的报文转发给最近的Level-1-2路由器。

Level-2路由器

Level-2路由器负责区域间的路由，可以与同一或者不同区域的Level-2路由器或者其它区域的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。所有Level-2级别的路由器组成路由域的骨干网，负责在不同区域间通信。路由域中Level-2级别的路由器必须是物理连续的，以保证骨干网的连续性。

Level-1-2路由器

Level-1-2路由器同时支持Level-1和Level-2路由能力，同时维护Level-1和Level-2两份LSDB，既参与本区域内的Level-1路由，也参与区域间的Level-2路由。Level-1-2路由器是连接非骨干区域与骨干区域的桥梁，每一个非骨干区域都通过Level-1-2路由器与骨干区域相连。

级别配置注意事项：在网络运行过程中，改变IS-IS设备的级别可能会导致IS-IS进程重启并可能造成IS-IS邻居断连，建议用户在配置IS-IS时即完成设备级别的配置。

2.3 邻居建立条件与规则

在IS-IS中，路由器的级别配置决定了它可以建立哪种类型的邻居：

本端接口级别	允许建立邻居的对端接口级别	区域地址要求
Level-1	Level-1或Level-1-2	至少有一个共同的区域地址
Level-2	Level-2或Level-1-2	不检查区域地址是否匹配
Level-1-2	Level-1、Level-2或Level-1-2	L1需要区域地址一致，L2不需要

建立Level-1邻居时，链路两端必须至少有一个共同的区域地址；建立Level-2邻居时不要求区域ID一致。一个IS-IS进程最多可以配置3个区域地址。建立邻居还需满足：同一网段、相同的MTU、同一层次认证一致、未设置silent-interface等条件。

三、IS-IS的电路类型与网络类型

IS-IS的电路类型（Circuit Type）是根据接口的数据链路层协议自动判别的：

• 当接口为以太网时，电路类型默认为广播（Broadcast）。
• 当接口为PPP或HDLC等点到点协议时，电路类型默认为点对点（P2P）。

在广播网络中，IS-IS需要选举DIS。通过配置IS-IS接口的DIS优先级，可以使拥有接口优先级最高的设备优选为DIS。在P2P网络中，IS-IS不需要选举DIS，无需配置接口的DIS优先级。但为了保证P2P链路的可靠性，可以配置IS-IS使用P2P接口在建立邻居时采用3-way模式，以检测单向链路故障。

通常情况下，IS-IS会对收到的Hello报文进行IP地址检查，只有当收到的Hello报文的源地址和本地接收报文的接口地址在同一网段时，才会建立邻居。当两端接口IP地址不在同一网段时，如果均配置了isis peer-ip-ignore命令，就会忽略对对端IP地址的检查，此时链路两端的IS-IS接口间可以建立正常的邻居关系。

四、DIS与伪节点

在广播型网络中，为了减少网络中的泛洪流量并简化拓扑，IS-IS会选举一个DIS（指定中间系统）来代表该网段。DIS会创建一个虚拟的伪节点来代表整个广播网络。

4.1 DIS选举规则

DIS的选举规则可总结为：优先级优先，MAC地址次选，支持抢占。

• 优先级优先：接口优先级数值越大越优先。优先级取值范围是0～127，缺省值为64。当优先级为0时，表示优先级最低，但仍参与DIS选举。这一点与OSPF中优先级为0不参与DR选举的机制不同。
• MAC地址次选：如果优先级相同，则比较接口的MAC地址，地址最大的路由器当选为DIS。
• 独立选举：Level-1和Level-2的DIS分别独立选举，可为不同级别分别设置不同的DIS优先级。
• 抢占特性：IS-IS的DIS选举是抢占式的。当有新的高优先级路由器加入网络时，可以抢占成为新的DIS，触发重新选举。

DIS优先级配置命令：

[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
# 设置Level-2的DIS优先级
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis dis-priority 100 level-2
# 设置Level-1的DIS优先级
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis dis-priority 80 level-1

4.2 DIS与OSPF DR的对比

对比维度	IS-IS的DIS	OSPF的DR
抢占性	支持抢占（新设备可抢占DIS）	不支持抢占
备份机制	无备份设备	有BDR作为备份
邻接关系	所有路由器之间都形成邻接关系（Full mesh）	DR-OTHER之间为2-Way状态
选举等待时间	仅需2个Hello报文间隔（约6秒）	需40秒等待时间
优先级0	参与选举（优先级最低）	不参与选举
CSNP发送	只有DIS周期性发送CSNP	---

五、NSAP地址与NET地址

5.1 地址体系概述

IS-IS基于OSI协议栈，其网络层使用NSAP地址来标识网络节点，而非IP地址。NSAP是网络服务访问点，用于定位OSI协议栈中的资源。

5.2 NSAP地址结构

NSAP地址由IDP（初始域部分）和DSP（特定域部分）两部分组成：

• IDP包含AFI（地址分配机构和格式标识符）和IDI（初始域标识符）。
• DSP包含High Order DSP、System ID和SEL三部分。

在实际配置中，网络管理员只需配置NET 即可。NET是NSAP的一种特殊形式（SEL固定为00），可以理解为在OSI网络中为路由设备指定的"名字"。华为官方要求：必须在IS-IS视图中配置NET，IS-IS协议才能正常启动。

5.3 NET的组成与格式

NET的格式为：区域ID . System ID . SEL(00)。

NET组成部分	说明	长度/取值范围
区域ID	可变长度区域地址，标识路由器所属的区域，可配置多个	1~13字节
System ID	设备的固定标识，在区域内必须唯一	固定12个十六进制字符
SEL（Selector）	网络服务访问点选择符，00表示这是一个网络实体名称	固定为"00"

NET地址配置示例：

[Huawei] isis 1
[Huawei-isis-1] network-entity 49.0001.0010.0100.1001.00

其中，"49.0001"是区域ID，"0010.0100.1001"是System ID，"00"是SEL。

六、IS-IS报文类型

报文类型	功能说明	子类型
Hello PDU（IIH）	用于邻居发现与保持	LAN L1 IIH / LAN L2 IIH / P2P IIH
LSP（链路状态协议数据单元）	用于交换链路状态信息，类似OSPF的LSU	Level-1 LSP / Level-2 LSP
CSNP（完全序列号报文）	包含LSDB中所有LSP的摘要信息	Level-1 CSNP / Level-2 CSNP
PSNP（部分序列号报文）	请求或确认特定LSP（类似OSPF的LSR和LSAck）	Level-1 PSNP / Level-2 PSNP

IS-IS报文直接基于链路层封装，而不是像OSPF那样封装在IP报文中。所有PDU由通用头部和专用头部构成，通用头部对于所有PDU相同。

6.1 Hello报文

Hello报文用于建立和维持邻居关系，也称为IIH消息。IS-IS Hello消息可分为三类：广播网中的Level-1路由器使用Level-1 LAN IIH消息；广播网中的Level-2路由器使用Level-2 LAN IIH消息；非广播网络中则使用P2P IIH消息。

6.2 LSP报文

LSP用于交换链路状态信息，分为两种：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，两类LSP有相同的报文格式。

L1级别的路由器只会维护L1级别的LSDB，L2级别的路由器只会维护L2级别的LSDB，L1/2级别的路由器既维护L1级别的LSDB，又维护L2级别的LSDB。

6.3 SNP报文

SNP报文负责维护LSDB的同步与一致性。

• CSNP（完全序列号报文） ：在广播网络中，CSNP由DIS设备周期性发送，包含DIS本地LSDB中所有LSP的摘要信息。在点到点链路上，CSNP只在第一次建立邻接关系时发送。
• PSNP（部分序列号报文） ：当邻居发现LSDB不同步时，发送PSNP报文来请求缺失的LSP报文。广播网络中 ，PSNP仅用于请求LSP，没有确认作用。点到点网络中 ，PSNP不仅用于请求LSP，还充当ACK确认，收到LSP后可用PSNP确认（类似OSPF的LSAck）。

七、报文交换完整流程

7.1 邻居建立（Hello交互）

IS-IS的邻居建立机制根据网络类型有所不同。P2P链路默认采用三次握手机制建立邻接关系，以保证链路的可靠性。

广播网络中的邻居建立（三次握手） ：

1. R1向组播地址发送LAN IIH（邻居列表为空）。
2. R2收到后学习R1的信息，回复LAN IIH（邻居列表中包含R1的System ID）。
3. R1收到R2的回复后，确认双向通信建立。若需要更高可靠性，可配置三次握手机制检测单向链路故障。

P2P网络中的邻居建立（三次握手------华为设备默认） ：

1. R1向R2发送P2P IIH（邻居System ID为空），状态为Down。
2. R2向R1回复IIH（邻居System ID为R1的System ID），状态进入Initializing。
3. R1收到后再次向R2发送IIH（邻居System ID为R2的System ID），双方状态最终进入Up。

P2P链路默认采用3-way模式以检测单向链路故障。配置isis ppp-negotiation 3-way启用三次握手，isis ppp-negotiation 3-way only表示只采用三次握手，不兼容二次握手。

7.2 数据库同步

在邻接关系建立后，邻居之间开始交互LSP同步LSDB。

广播网络中的LSDB同步

• DIS周期性发送CSNP报文（缺省间隔10秒）。
• 新加入的路由器收到CSNP后，对比本地LSDB。
• 如发现本地缺少某些LSP或本地存储的LSP较旧，发送PSNP请求缺失的LSP。
• 收到请求的LSP后，对方回复相应的LSP。在广播网络中，PSNP不充当ACK确认。

点到点网络中的LSDB同步

• 邻居建立后，只在第一次建立邻接关系时发送CSNP。
• 双方收到LSP后使用PSNP进行确认（ACK）。
• 当发现LSDB不同步时，也可发送PSNP请求缺失的LSP。

PSNP角色总结表：

网络类型	PSNP请求LSP	PSNP确认LSP
广播（Broadcast）	✓	✗
点到点（P2P）	✓	✓

7.3 LSDB维护

IS-IS中没有专门的"老化计时器"（Age），而是通过序列号+剩余生存时间组合判断LSP的新旧。LSP有一个最大有效时间（MaxAge），超出该时间仍未收到新序列号的同源LSP，该LSP将被删除。

LSP最大有效时间缺省为1200秒 （20分钟）。缺省LSP刷新周期为900秒（15分钟）。LSP的最大有效时间必须大于LSP刷新周期三百秒以上，以保证LSP在失效前能够被新的LSP更新。

LSP序列号回绕机制：当IS-IS路由器生成的LSP序列号达到最大值0xFFFFFFFF后，不会立即重新从1开始，而是先等待该LSP老化（LSP最大生存时间+60秒，LSP最大生存时间缺省为1200秒）。老化完成后，LSP的序列号重新从1开始递增。

IS-IS多拓扑扩展（MT） ：IS-IS通过扩展TLV支持IPv6。新增了两个TLV------TLV 236（IPv6可达性）描述路由前缀和度量值，TLV 232（IPv6接口地址）与IPv4的IP接口地址TLV类似，但将32位IPv4地址扩展为128位IPv6地址。还新增了NLPID 142用于标识IPv6协议包。IS-IS的MT（多拓扑）特性可支持IPv4和IPv6独立拓扑，分别进行SPF计算。

7.4 完整报文交互流程图

邻居发现阶段         邻接建立阶段             数据库同步阶段              LSDB维护阶段
     |                    |                        |                          |
     v                    v                        v                          v
LAN IIH(初始) --> 接收邻居Hello --> 接收CSNP --> 对比本地LSDB --> 发现缺失LSP
     |                    |                        |                          |
     +--> 双向通信建立 --> DIS选举 --> CSNP(周期：广播网) --> PSNP请求 --> 收到LSP
                                      CSNP(仅一次：P2P)         |
                                                              +--> PSNP确认(P2P)
                                          (广播网中PSNP不具ACK功能)

7.5 P2P链路邻居状态机

在P2P链路上，邻居建立过程遵循严格的状态机：

1. Down：初始状态，未收到任何Hello报文。
2. Initializing（Init） ：收到来自邻居的Hello报文，但邻居列表中不含本端System ID，此时单向通信建立。
3. Up：再次收到邻居的Hello报文，邻居列表中已包含本端System ID，双向通信建立，邻居状态进入Up。

八、IS-IS与OSPF主要对比

对比维度	IS-IS	OSPF
协议起源	ISO OSI协议栈	IETF TCP/IP协议栈
区域划分	Level-1（非骨干）/ Level-2（骨干）	骨干区域（Area 0）/ 常规区域（Area n）
区域边界	位于路由器之间（路由器只属于一个区域）	位于路由器内部接口上
网络类型	广播、P2P（无NBMA、P2MP）	广播、NBMA、P2P、P2MP
DIS/DR选举	可抢占、无备份、优先级0参与选举	非抢占、有BDR备份、优先级0不参与
报文封装	基于OSI网络层，直接封装于链路层	封装于IP报文中，协议号89
报文类型	IIH、LSP、CSNP、PSNP	Hello、DD、LSR、LSU、LSAck
认证方式	接口认证、区域认证、域认证	接口认证、区域认证
扩展性	使用TLV结构，新增协议（如IPv6）可添加新TLV	需发布新版本（如OSPFv3）支持新协议

九、华为配置与排障命令

9.1 基本配置

# 1. 进入系统视图
[Huawei] system-view

# 2. 创建IS-IS进程，指定NET地址
[Huawei] isis 1
[Huawei-isis-1] network-entity 49.0001.0010.0100.1001.00

# 3. 设置路由器级别（默认为level-1-2）
[Huawei-isis-1] is-level level-1-2

# 4. 进入接口视图，使能IS-IS
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis enable 1

# 5.（可选）配置接口级别
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis circuit-level level-1

9.2 高级配置

# 配置接口DIS优先级（广播网络中有效）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis dis-priority 100 level-2

# 配置接口认证
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis authentication-mode md5 huawei123

# 修改LSP最大有效时间（缺省1200秒）
[Huawei] isis 1
[Huawei-isis-1] timer lsp-max-age 1500

# 修改LSP刷新周期（缺省900秒）
[Huawei-isis-1] timer lsp-refresh 1000

# 修改CSNP发送间隔（缺省10秒）
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis timer csnp 15 level-2

# 设置P2P链路的三次握手机制
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0] isis ppp-negotiation 3-way

9.3 关键查看命令

[Huawei] display isis peer                      # 查看IS-IS邻居信息
[Huawei] display isis peer verbose              # 查看IS-IS邻居详细信息
[Huawei] display isis lsdb                      # 查看IS-IS LSDB数据库
[Huawei] display isis interface                 # 查看使能IS-IS的接口信息
[Huawei] display isis route                     # 查看IS-IS路由表
[Huawei] display isis spf-log                   # 查看SPF计算历史记录
[Huawei] display isis brief                     # 查看IS-IS进程简要信息
[Huawei] display isis graceful-restart status   # 查看IS-IS GR状态

十、知识要点速查

知识点	核心要点
IS-IS起源	ISO为OSI协议栈CLNS设计，后扩展到IP网络
路由器级别	Level-1（区域内）、Level-2（骨干）、Level-1-2（连接两者）
Level-1邻居	必须同一区域ID，只能与L1或L1-2建邻
Level-2邻居	不要求区域ID相同，可与L2或L1-2建邻
DIS选举	优先级0参与选举、可抢占、无备份；优先级优先→MAC地址最大
NET地址	格式为：区域ID . System ID . 00，System ID 12字符且区域内唯一
报文类型	Hello、LSP、CSNP（全量摘要）、PSNP（部分/请求/确认）
广播CSNP	由DIS周期性发送（缺省10秒），用于LSDB同步
P2P CSNP	只在第一次建立邻接关系时发送
PSNP角色	广播网：仅请求；P2P：请求+ACK确认
LSP参数	MaxAge缺省1200秒，刷新周期缺省900秒，差值须大于300秒
IPv6支持	新增TLV 232、TLV 236和NLPID 142

十一、常见问题排查

问题1：Level-1邻居无法建立

可能原因：

• 两端区域ID不一致
• 接口级别配置不一致（一端配置了L1，另一端配置了L2）
• 认证模式或口令不匹配

排查命令：

[Huawei] display isis interface GigabitEthernet0/0/0
[Huawei] display isis peer

问题2：DIS选举不符合预期

原因：优先级参数配置错误。请检查Level-1和Level-2的优先级是否为独立配置。

# 查看接口的IS-IS配置，确认DIS优先级
[Huawei] display isis interface verbose

问题3：LSDB同步异常

在广播网络中，若LSDB无法同步，请确认CSNP是否由DIS正常发送。可通过抓包或display isis lsdb验证。缺省CSNP周期为10秒。

声明：本文档主要基于华为官方技术文档和RFC标准进行编写，具体部署和故障排查请以华为官方最新发布的产品文档为准。本文内容仅供参考学习，实际网络部署时应结合具体设备型号和软件版本进行验证。