IS-IS路由选择协议基础.doc

狡猾的小漏 小漏IS-IS路由选择协议基础 为了理解中间系统中间系统（Intermediate System-to-Intermediate System，IS-IS）路由选择协议的本质和内在的工作原理，把它放在整个网际协议和相关技术的框架中学习是十分重要的。这篇文章深入IS-IS协议的本质，并且探讨了国际标准化组织(International Organization for Standardization，ISO)支持的无连接网络环境。 我们首先介绍了开放系统互连(Open System Interconnection, OSI)参考模型，然后简要探讨了ISO在OSI参考模型框架内定义的2种数据通信服务类型：面向连接网络服务（Connection Network Service，CONS）和无连接网络服务(Connectionless Network Service，CLNS)。IS-IS是CLNS环境的一部分，具有在ISO CLNS网络环境中动态路由数据包的基本特性。从最初，IS-IS协议就被修改为适合IP路由和其它特性，例如MPLS流量工程。ISO无连接网络服务 国际标准化组织(ISO)，也就是现在的国际电信联盟(International Telecommunications Union,ITU)，它制定的7层OSI参考模型确定了计算机网络的标准。OSI参考模型，也就是常说的OSI协议栈，在ISO7498中定义（这里引用的ISO标准文献可以在网站/中找到）。 对于数据通信和信息技术的基础和随后的演化来说，OSI参考模型起了重要作用。它提供了开发开放标准的结构框架，使得不同设备制造商生产的通信设备能够互连和互操作。虽然OSI参考模型没有定义任何一个通信协议和体系的内在细节，但它提供了设计和构建这些体系的普遍指导原则。7层OSI参考模型的每一层定义单一的服务功能，可以将相关功能元素组合成功能层，从而简化和方便协议设计。每一个功能层定义了提供给邻接高层的明确服务，例如，网络层为传输层提供服务，而传输层为高层提供服务，帮助在通信设备间传送用户数据。而且，数据传输服务可以是面向连接的，也可以是无连接的。面向连接服务要求通信节点在数据传输前，首先沿着特定路径建立连接，无连接服务不要求事先建立连接。 最初，在OSI参考模型中仅仅定义了面向连接的通信服务(CONS)。CONS由两个标准定义：用于DTE设备的X.25数据包级协议(X.25 Packet-Level Protocol for Data Terminal Equipment，ISO8208)和网络服务定义(Network Service Definition，ISO8348)。 网络服务规范随后做了修订，也就是“网络服务定义，修订版1”。它定义了网络节点间使用无连接通信的功能，称为无连接网络服务(CLNS)。和CONS不同的是，CLNS无需在转发数据包的网络设备间预先定义和建立端到端路径。相反地，路由器根据所知的从源端到目的端的最佳路径，独立转发数据包。CLNS定义的无连接数据报服务由下列ISO协议支持： ISO8473提供CLNS的无连接网络协议(Connectionless Network Protocol，CLNP)； ISO9542与提供CLNS协议共同作用的终端系统中间系统(End System-to-Intermediate System，ES-IS)路由交换协议； ISO10589与提供无连接模式服务的协议共同作用的中间系统中间系统(Intermediate System-to-Intermediate System，IS-IS)域间路由交换协议。 CLNP，ES-IS和IS-IS都是独立的网络层协议，共存于OSI参考模型的第3层。它们编码协议格式第一个字节的初始协议标示符(Initial Protocol Identifier，IPI)字段值不同，依次是： CLNP：10000001(0x81)； ES-IS：10000010(0x82)； IS-IS：10000011(0x83)。CLNP CLNP协议类似于IP协议，但它为ISO传输层提供服务，而IP定义为TCP/IP协议栈传输层提供服务。和IP一样，CLNP定义为独立于数据链路层，基本上独立于潜在的物理介质。物理介质可能是点到点的（这是大多数广域网连接类型），或者是广播类型的（局域网连接类型）。IP是TCP/IP协议栈唯一的网络层协议，包括路由和用户应用程序在内的所有高层协议都封装在IP数据包内。和IP不同的是，CLNS，ES-IS和IS-IS都是支持OSI CLNS环境的网络层协议。也就是说，CLNP，ES-IS和IS-IS都是网络层协议，分别被封装在数据链路层帧内。数据链路层用协议类型0xFEFE标示ISO网络层协议族。ES-IS 终端系统中间系统(ES-IS)路由交换协议使同一网段或链路的ISO终端系统和路由器之间自动交换信息和便于邻居发现。作为ES-IS协议的一部分，路由器发送中间系统hello（ISH）报文，主机发送终端系统hello(ESH)报文。在直连节点间发送的hello报文包含通信节点的网络层地址和数据链路层地址。Hello报文也就是配置信息。终端系统通过路由器转发数据包到非直连设备。 ES-IS协议使用的另一种数据包类型是路由重定向(route redirection，RD)报文。路由器发送路由重定向报文给终端系统，告知终端系统到某一感兴趣目的地的更好路径。ISO RD的功能类似于IP环境的网际控制消息协议(ICMP)报文。基本上说，ISO环境中ES-IS工作机制等同于IP网络的ICMP，地址解析协议（ARP）和动态主机配置协议（DHCP）协同工作。 ES-IS协议与仅仅处理和传输IP数据报文的IP工作站和服务器无关。对这些IP设备来说，IP ARP负责可能需要定位的路由器和其他直连主机的网络地址到数据链路层地址解析。虽然现在一些高级服务器支持简单的路由协议（例如RIP），但是IP主机仍然使用默认静态路由指向默认网关。一些现代的IP服务器甚至支持更加复杂的OSPF协议来实现IP路由。 IS-IS协议运行的某些方面依赖于ES-IS协议，因此，即使您仅仅在路由器上实现IP路由，IS-IS协议也需要ES-IS提供后台支持。例如，IS-IS点到点邻接关系形成在毗邻路由器交换ES-IS相关的ISH报文之前。IS-IS路由选择协议 IS-IS路由协议在ISO10859中定义，旨在为ISO CLNS环境中运行CLNP协议的路由器提供动态交换路由信息的途径。CLNP通过逐跳路由选择机制来发送网络内数据，而IS-IS协议设计为自动计算最佳路径和选择路由。 IS-IS设计目标如下： 行使域间路由协议功能； 呈现整个网络拓扑，决策最佳路由； 故障情况下提供快速收敛； 提供网络稳定性； 有效利用网络资源，例如路由器内存，CPU周期和网络带宽。 为了达到这些目标，IS-IS协议被设计为链路状态协议，最适合用于单一网络域内；因此，IS-IS协议是IGP协议。IS-IS支持大区域扩展路由的2层路由（层和层路由）方案，它使用Dijkstra 最短路径优先（SPF）算法优化路由计算，路径选择和实现快速收敛。集成IS-IS Internet工程任务组(IETF)在RFC1195中定义了“用OSI IS-IS实现在TCP/IP和双重环境下路由”，也就是著名的“集成IS-IS”或“双重IS-IS”。 集成IS-IS修改了最初用于CLNS环境的IS-IS协议，可以路由IP数据包。值得注意的是，集成IS-IS协议是提供完整的框架，可以同时处理多个网络层协议（例如，IP和CLNP协议）的少数路由协议之一。其他路由协议（例如OSPF）通常只支持一种3层协议的路由，例如OSPF仅仅支持IP路由。集成IS-IS协议可以支持CLNP网络或者IP网络，或者同时运行CLNP和IP的双重环境， 这里主要讨论特定的构成Internet的服务供应商IP网络中集成IS-IS的应用。虽然从本质上来讲，IS-IS协议不是因为IP而设计，但当时因特网上IS-IS协议的成功应用导致RFC1195之外的许多专有特性的开发，以提高网络可用性，灵活性和可扩展性。IETF最近重新启动IS-IS工作组，探讨设备供应商专有的集成IS-IS特性标准化的可能性，并开发新标准来满足涌现的应用需求，例如MPLS流量工程等。许多最新标准化的IS-IS特性已经形成RFC，一些还在IETF审阅之中。同时，包含许多新特性的ISO10859的第二版也在审阅之中，很快将发布。小结 IS-IS路由协议是OSI定义的用于支持CLNS的3个网络层协议之一，其它2个是CLNP和ES-IS。虽然IS-IS被设计用于ISO CLNS网络，但是由它修改而来的集成IS-IS协议可以用于IP环境中。 集成IS-IS协议经过多年的演化和发展，已经成为一个可扩展的，健壮的，易用的IGP协议，可以用于IP和ISO CLNS的双环境网络中。IS-IS协议可能会在因特网上得到更多的应用，主要实现域间IP路由选择。在Inte