HCNP Routing&Switching之IS-IS邻居建立、LSDB同步、拓扑计算和路由形成

　　前文我们了解了IS-IS的报文结构和类型相关话题，回顾请参考https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/15260670.html；今天我们来聊一聊IS-IS建立邻居、同步LSDB数据库和拓扑计算及路由形成相关话题；

　　IS-IS动态路由协议的工作流程和OSPF工作流程大致一样；都是先发送Hello包，通过hello包建立邻居，在邻居建立完成以后，同步LSDB数据库、计算拓扑和路由；细微的差别在于IS-IS整个建立邻居的过程没有OSPF那么复杂，相对来说IS-IS更为简单，所以IS-IS建立邻居时，速度要比OSPF快很多；其次在同步LSDB数据时，对于IS-IS来说，它没有什么特殊区域，所以IS-IS中同步数据库就发送CSNP、PSNP和LSP这三种包就能把LSDB数据库同步完成；没有OSPF里有123457类LSA复杂；由于采用拓扑与网络分离的算法，路由收敛速度较快；

　　IS-IS邻居建立过程

　　点到点环境邻居建立过程

　　提示：在早期ISO10589标准中，点到点网络环境中，IS-IS建立邻居只需要两次握手，即只要收到对方发送的Hello包，那么对应路由器就会认为对方是自己的邻居；对应邻居状态就会变为up；其实两次握手建立邻居不是很精准，比如A可以向B发送hello包，那么B收到A的hello包以后，对应就会把A当作B的邻居，但是B不能向A发送hello包，同时A也收不到B发送的Hello包，此时就产生了单向邻居；所以为了解决这样的问题，在RFC3373定义P2P三次握手机制；三次握手的机制和OSPF建立邻居的过程一样，只要在对应hello包里看到邻居字段是自己，对应路由器才认为对方才是和自己是邻居；

　　提示：在邻居建立初期，RTA发送的hello包里，邻居的字段为空，因为此时RTA没有任何邻居；当RTB收到RTA的hello包以后，对应RTB就会发送hello包，里面邻居字段会置为RTA的mac，对应邻居状态变为init状态，表示我有一个邻居是RTA；此时RTA收到RTB发送的hello包以后，看到里面邻居字段是自己，此时RTA和RTB建立邻居，其邻居状态为up；然后RTA会再次发送hello包，此时的hello包里邻居字段会置为RTB的mac，表示我有一个邻居是RTB，此时RTB收到RTA发送的hello包，它会和RTA建立邻居，并且对应邻居状态为up；经过三次数据包的交互，最终RTA和RTB建立邻居且邻居状态为up状态；对于广播类型网络的邻居关系必须是三次握手；当邻居建立完成以后，后续就是选举DIS（伪节点）类似ospf中的DR；选举DIS会持续两个hello的时间间隔；

　　IS-IS邻居hello报文

　　提示：IS-IS目前只支持点到点和广播类型网络；对于点到点网络类型，对应hello包类型为p2p IIH，如果在对应接口为PPP封装的点到点环境中，hello包发送没有用到mac地址，其原因是接口为ppp封装的二层不用mac地址；对于接口类型broadcast，在对应接口下把isis链路修改为p2p网络类型环境中，对应hello包目标mac是一个组播mac地址，其地址为09:00:2b:00:00:05；对于广播类型网络中，hello包的类型有两种，分别是L1 LAN IIH 和L2 LAN IIH；对于L1的hello包，其组播mac地址为01:80:C2:00:00:14；L2的hello包，其组播mac地址为01:80:C2:00:00:14；

　　实验：如下拓扑，配置isis

　　R1的配置

sys
sys R1
int g0/0/0
ip add 12.0.0.1 24

isis 1
net 20.0000.0000.0001.00
is-le level-1
int g0/0/0
isis en 1
isis circuit-type p2p

　　R2的配置

sys
sys R2
int g0/0/0
ip add 12.0.0.2 24
isis 1
net 20.0000.0000.0002.00
is-le level-1
int g0/0/0
isis en 1
isis circuit-type p2p

　　在R1或R2上抓包，看看对应hello包类型以及对应hello包发送的目标mac地址是多少？

　　提示：可以看到链路类型为p2p网络环境中，对应hello包类型为P2P HELLO，对应hello包发送的目标mac地址为09:00:2b:00:00:05；

　　更改R1链路类型为broadcast

　　提示：接口为broadcast类型默认链路类型为广播网络，所以我们直接删除更改链路为p2p的配置即可；可以看到当我们把R1的更改链路为p2p的配置删除以后，对应R1和R2的邻居就down了；原因是此时R1和R2发送的hello包类型不同，hello包类型不同是不能建立邻居的；

　　在R1上抓包，看看此时R1发送的hello包类型以及目标mac地址？

　　提示：可以看到R1发送的hello包类型为L1 hello，因为R1此时的路由器类型为L1；对应R2还是发送的P2P hello，所以R1和R2此时hello包类型不同，不能建立邻居关系；对应R1发送hello包的目标mac地址为01:80:C2:00:00:14；

　　更改R1的路由器类型为L2，看看对应hello包类型和目标mac会变成什么？

　　在R1上抓包，看看对应hello包类型和目标mac地址

　　提示：可以看到此时R1发送的hello包类型为L2 HELLO，对应目标mac为01:80:C2:00:00:15；

　　更改R1路由器类型为L1-2，看看对应hello包的类型以及目标mac地址

　　提示：华为路由器默认路由器类型为L1-2，所以我们配置路由器类型为L1-2在对应进程下是看不到配置，一般情况看不我们配置的内容，表示配置的配置是默认配置；

　　在R1上抓包，看看对应R1会这样发送hello包？对应目标mac会是多少呢？

　　提示：更改R1路由器类型为L1-2以后，对应R1会同时发送L1 和L2的hello包，对应L1类型hello包的目标mac地址为01:80:C2:00:00:14，对应L2类型的hello包目标mac地址为01:80:C2:00:00:15；

　　更改R2的链路类型为broadcast，看看和R1是否能建立邻居？

　　验证：在R2上查看邻居关系

　　提示：可以看到，此时R2和R1建立起L1类型邻居；

　　抓包查看对应邻居建立过程

　　提示：可以看到在开始R2发送的hello包和R1发送的hello里对应都没有邻居字段，表示邻居为空；后续当R1收到R2发送的L1 hello包以后，对应R1再次发送的hello包里就有了邻居字段，对应值为R2的mac地址；当R2收到R1发送邻居是自己的hello包以后，对应R2发送的hello包，对应邻居字段信息就置为R1的mac，此时R1收到R2发送hello包里看到对应邻居是自己，所以R1和R2建立起L1的邻居，并且对应邻居状态都为Up；这里需要注意一点，邻居字段只有在广播网络类型的环境中才有的字段，p2p环境中是没有邻居字段的，抓包看不到；

　　IS-IS邻居建立条件

　　1、只有同一层次的相邻路由器才有可能成为邻居；所谓同一层次是指L1和L1是同一层次；L2和L2是同一层次；L1-2和L1-2是一个层次；不同层次出L1-2以外，L1和L2是不能建立邻居；

　　2、对于L1的路由器来说，区域号必须一致；即必须在同一个区域的L1或L1-2的路由器才能建立L1类型的邻居；

　　3、链路两端IS-IS接口的网络类型必须一致；这个我们在上面的实验中也看到了，对应接口网络类型不一致，对应hello包类型就不一致，hello包类型不一致，对应邻居就建立不起来；

　　4、链路两端IS-IS接口的地址必须处于同一网段；这个要求至少针对广播网络环境，对于P2P网络环境没有要求，但一般情况下不管在广播网络环境还是p2p网络环境，建议都是接口地址都配置为同一网段；

　　IS-IS同步LSDB数据库

　　P2P网络环境LSDB同步过程

　　提示：在P2P链路上，链锯建立完成以后，对应就是同步LSDB数据库；首先RTA或RTB都会发送一条CSNP包，这个包的主要作用是描述对应路由器上的路由信息，类似OSPF里的DD包（数据库摘要信息）；对应数据库收到对端发送的csnp包以后，就会和自身LSDB进行对比，如果对应CSNP包里的描述和自己的LSDB一样，此时RTB或RTA不会发送psnp,psnp类似ospf里的LSR和LSACK的作用；如果对应和自己LSDB数据不一样，此时RTA或RTB就会像对放发送PSNP，意思就是告诉对方把自己没有的链路状况发送过来；当对方收到对应路由器发送的PSNP包以后，对应路由器会发送LSP，LSP就类似ospf里的LSU，此时发送LSP包的路由器就会等待对方发送PSNP包来确认，如果在5秒钟对应路由器没有收到PSNP包，此时对应路由器会认为对方没有收到它发送的LSP，此时原发送LSP路由器会重新向对应路由器发送LSP，直到收到对应路由器回应psnp包；在点到点的网络中CSNP报文只会发送一次，即邻居建立后立即发送，后续不会再发送CSNP，只会发送LSP和PSNP；如下

　　提示：可以看到CSNP包在点到点网络中，只有在邻居建立以后发送一次，后续就没有CSNP包；

　　广播网络环境LSDB同步过程

　　提示：在广播网络环境中，首先个路由器会发送LSP包向DIS请求CSNP包；DIS收到各路由器的LSP包以后，会发送CSNP包，对应各路由器收到CSNP包以后，会对应自己的LSDB数据库，然后根据差别请求发送PSNP包进行向dis请求差别部分链路状态信息；DIS收到PSNP包以后，发送LSP包给对应路由器；当所有路由器都同步网LSDB数据库以后，dis会周期性的发送CSNP，默认时间是10秒；

　　实验：如下拓扑，配置IS-IS

　　R1的配置

sys
sys R1
int g0/0/0
ip add 172.16.11.1 24
int lo 1
ip add 1.1.1.1 32

isis 1
net 11.0000.0000.0001.00
is-le level-1

int g0/0/0
isis en 1
int lo 1
isis en 1

　　R2的配置

sys
sys R2
int g0/0/0
ip add 172.16.11.2 24
int lo 1
ip add 2.2.2.2 32

isis 1
net 11.0000.0000.0002.00
is-le level-1

int g0/0/0
isis en 1
int lo 1
isis en 1

　　R3的配置

sys
sys R3
int g0/0/0
ip add 172.16.11.3 24
int lo 1
ip add 3.3.3.3 32

isis 1
net 11.0000.0000.0003.00
is-le level-1

int g0/0/0
isis en 1
int lo 1
isis en 1

　　在R1或R2或R3上抓包，看看对应LSDB同步过程

　　提示：我们在R1的g0/0/0接口抓包，首先看到各路由器先各自发送自己的更新LSP包，随后R3发送了一条CSNP包（从这里可以知道对应dis是R3的g0/0/0口），随后再是由R2发送PSNP包向R3请求R1和R3上的链路状态；随后R3发送相应链路状态的LSP包给R2；对应R3发送R1的LSP包里可以看到对应ip地址为1.1.1.1；对应R3发送R3的LSP包里可以看到对应ip地址为3.3.3.3；通过上述过程R2就把R1和R3的LSDB同步到自己的LSDB数据库中，后续就根据同步后的LSDB计算拓扑和路由；

　　验证：在R2上查看lsdb数据，看看对应是否同步了R1和R3上的链路状态信息？

　　提示：可以看到对应R2的LSDB中同步了R1和R3的相关LSP；

　　验证：在R3上查看g0/0/0是否是DIS?

　　提示：可以看到在对应R3的g0/0/0口就是对应L1类型的DIS（伪节点）；从上面的实验可以看到，CSNP都是由DIS发出；其他非DIS都是向DIS发送LSP更新和PSNP请求，然后由DIS在向其他非DIS发送LSP更新；即LSDB数据库同步都是和DIS进行同步，所以对于不同类型的路由器，对应建立LSDB数据库也有所不同；原因是DIS分L1类型DIS和L2类型DIS；

　　验证：在R1上抓包看看对应CSNP包是否是每10秒发送一次？

　　提示：可以看到对应PSNP包默认会每10秒由DIS发送一次；

　　IS-IS LSP比较规则

　　提示：在路由器收到一条LSP更新以后，首先它会对比和自己LSDB中对应LSP的序列号，如果收到的序列号大，此时路由器会将对应LSP更新到自己的LSDB数据库，然后再向其他邻居发送LSP更新；如果收到的LSP序列号小，此时收到LSP包的路由器会把自己对应LSP发送给对方；如果收到的LSP序列号和自己LSDB中对应LSP序列号一样，此时路由器会对比LSP中Remaining Lifetime字段的大小，还是遵循上述原则，如果收到的LSP中Remaining Lifetime字段比自己LSDB中Remaining Lifetime字段要大，此时路由器会把对应LSP更新到自己的lsdb中，然后再向其他邻居发送LSP更新；如果收到LSP包中Remaining Lifetime字段要比自己LSDB中对应LSP中Remaining Lifetime的值要小，此时收到LSP更新的路由器会将自己lsdb中对应LSP发送给对方；如果Remaining Lifetime相同，此时路由器会对比对应LSP中checksum字段的值；还是遵循上述规则，如果比自己大就更新到自己LSDB数据库中，如果比自己小，就把自己的LSP发送给对方，如果LSP的序列号，Remaining Lifetime，checksum都和自己LSDB中对应LSP一样，此时路由器会丢弃该LSP，它会认为两个LSP一模一样，没有必要更新；

　　IS-IS拓扑计算与路由的形成

　　提示：IS-IS拓扑计算和路由的形成过程和ospf一样，都是先通过hello包建立邻居，然后同步LSDB数据库，最后计算拓扑和路由；在IS-IS中邻居关系建立主要通过Hello包交互并协商各种参数，包括链路类型（L1或者L2），hold time，网络类型，支持协议，区域号，系统ID， PDU长度接口ip等；在同步LSDB数据库时，与ospf不同，ISIS交互链路状态的基本载体不是LSA，而是LSP；交互过程没有OSPF协议那样经历多个阶段，主要是通过CSNP和PSNP两种报文来同步，请求和确认链路状态信息（承载链路状态信息摘要）；而链路状态信息的详细拓扑和路由信息由LSP报文传递；路由计算和OSPF一样，都是通过LSDB数据库中的内容结合SPF算法进行计算；当ISIS算法分离了拓扑结构和ip网段，加快了网络收敛速度；

　　IS-IS路由算法

　　提示：IS-IS在本区域内路由器第一次启动的时候执行的是Full-SPF算法；后续收到LSP更新，如果是部分拓扑的变化执行的是iSPF（Incremental SPF，增强SPF算法）计算；如果只是路由信息变化，执行的就是PRC（Partial Route Calculate，部分路由计算算法）计算，PRC用来处理网络拓扑不变而路由信息发生改变的情况，而ISPF用来处理网络拓扑结构（最短路径树的结构）发生改变的情况；由于采用拓扑与网络分离的算法，路由收敛速度较快；