Протокол IS-IS¶
Disclaimer:
Говорят, что протокол IS-IS является запрещенным протоколом динамической маршрутизации на территории РФ,
но это не точно...
Определение/Назначение¶
"IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)" - link-state протокол динамической маршрутизации.
История протокола¶
История протокола IS-IS уходит своими корнями в то время, когда еще протокол ip не захватил и не монополизировал Layer 3 модели OSI и были и другие реализации протоколов, к таковым относиться и протокол IS-IS...
По этому можно сказать, что протокол IS-IS "не от мира сего", т.е. не от мира протокола ip...
IS-IS работает поверх канального уровня модели OSI, поэтому он не привязан к конкретному протоколу сетевого уровня. Также IS-IS не использует протокол IP для доставки сообщений, содержащих информацию о маршрутизации (LSA и прочее).
Важная информация
Другими словами, (весьма крамольная мысль с точки зрения современного сетевого стека протоколов)
для IS-IS протокола не нужна ip связность между его участниками...
Протокол IS-IS разработан Digital Equipment Corporation как составляющая часть DECnet Phase V. Он был стандартизирован ISO в 1992 году как ISO 10589 для взаимодействия между сетевыми устройствами, которые обозначались как Промежуточные Системы (в противовес конечным устройствам). Основная цель разработки IS-IS - маршрутизация пакетов средствами, входящими в набор протоколов ISO OSI - CLNS.
Терминология¶
СLNP (Connection Less Network Protocol) - бесконтактный сетевой протокол - это дейтаграммный протокол передачи данных, функционально очень похожий на протокол IP.
Адресация в СLNP¶
NET идентификатор (идентификатор сети):
- "AFI" (Authority and Format Identifier) - является частью номера области, хотя постоянно изображается отдельно.
Подавляющее большинство реализаций IS-IS на маршрутизаторах имеют это поле, равным 49.
Адреса, у которых AFI был равен 49, относились к классу локальных.
- "Area ID", номер области, к которой принадлежит маршрутизатор. Это поле переменной длины.
- "System ID" - это идентификатор маршрутизатора. У каждого маршрутизатора в топологии он должен быть уникальным,
поскольку именно по System ID маршрутизаторы "узнают" друг друга при осознании топологии.
В OSPF аналогом System ID является Router ID (однако он имеет другой формат).
В идентификатор сети удобно "забивать" например ip адрес loopback интерфейса и номер локации, для облегчения дебага/траблшутинга в виде:
Тогда как вариант идентификатор сети будет вида:
49.xxyy.zzzz.zzzz.zzzz.00
где
- "xx" - номер локации,
- "yy" - номер по порядку оборудования
- "zzzz.zzzz.zzzz" - ip адрес loopback интерфейса
- если IP-адрес 199.106.168.253, то zzzz.zzzz.zzzz==1991.0616.8253
- если IP-адрес 199.17.7.233, то zzzz.zzzz.zzzz==1990.1700.7233 (недостающие разряды дополняются нулями)
net 49.0001.1990.1700.7233.00
- "00" - локация 0
- "01" - номер по порядку оборудования
- "1990.1700.7233" - ip адрес лупбека 199.17.7.233
Дизайн сети IS-IS vs OSPF¶
В отличии от сети OSPF, где маршрутизатор может находиться одновременно в нескольких областях (OSPF AREA), т.к. раздел области идет по интерфейсу.
В сети IS-IS разделение происходит областей происходит по маршрутизатором целиком т.е. маршрутизатор не может быть одновременно в разных областях.
Cуществует два типа доменов IS-IS (на самом деле в теории их 3): - L1 - соседство, которое формируется между маршрутизаторами в одной области - L2 - соседство, которое формируется между маршрутизаторами одной области, так и между разными областями.
Такие два уровня взаимодействий позволяют выделить три типа маршрутизаторов в IS-IS домене: Маршрутизаторы L1 - это те устройства, у которых все взаимодействия с другими маршрутизаторами происходят на 1 уровне. Маршрутизаторы L2 - это те устройства, у которых все соседства организованы на 2 уровне. Маршрутизаторы L1/L2 - это устройства, поддерживающие взаимодействия обоих уровней.
Примечание
На самом деле есть еще домен типа L3 который осуществляет маршрутизацию между различными доменами.
В IP-сетях за это отвечает протокол BGP, а в OSI — IDRP (Interdomain Routing Protocol).
Маршрутизация L3 не поддерживается маршрутизаторами Cisco.
Тонкости дизайна¶
С точки зрения дизайна протокола нижеследующий дизайн не может быть рабочим для IS-IS.
Требование IS-IS, заключающееся в том, что всё множество L2 взаимодействий между маршрутизаторами должно быть непрерывным.
По сути аналогом OSPF Backbone (Area 0) является не какая-то конкретная area с каким-то номером, а все множество соседств L2 между отдельными маршрутизаторами. Именно это множество L2 соседств формирует backbone или ядро сети IS-IS, к которому подключаются остальные части топологии (или остальные area), внутри которых могут быть сформированы соседства уровня 1. В этом контексте маршрутизаторы L1/L2 можно назвать примерным аналогом ABR в OSPF.
На маршрутизаторе через один интерфейс можно сформировать соседства обоих уровней. То есть маршрутизатор может на одном и том же интерфейсе сформировать и соседство уровня 1, и L2 соседство. С точки зрения протокола IS-IS, это вполне себе штатное поведение.
Этапы установления соседства (adjacency) в IS-IS¶
1. "New" - состояние когда процесс установления соседства только начинается.
Маршрутизатор переходит в это состояние в момент загрузки или при настройке
начальной конфигурации IS-IS.
2. "One-Way" - IS-IS маршрутизатор переходит в это состояние после Hello PDU.
Машрутизатор находится в этом состоянии пока не будет получен Hello PDU пакет,
содержащий адрес локального маршрутизатора в качестве соседа.
3. "Initializing" - состояние в которое переходит маршрутизатор при получении Hello PDU пакета,
в котором указан его собственный локальный адрес в качестве соседа. Это состояние означает,
что была установлена двунаправленная связь.
4. "Up" - состояние полного функционирования отношений IS-IS. Это состояние означает,
что были сформированы отношения соседства и произошла синхронизация баз данных маршрутизаторов.
5. "Down" - состояние утерянного соседства. IS-IS маршрутизатор переходит в это состояние
по одной из нескольких причин: несоответствие зоны (area), окончание таймаута удержания
или ошибка аутентификации.
6. "Reject" - состояние маршрутизатора после сбоя проверки подлинности.
IS-IS маршрутизатор будет постоянно менять свое состояние между этим и состоянием Down.
Так же как и в OSPF для установления соседства используется сообщения типа Hello - IS-IS Hello, но есть несколько существенных отличий.
IS-IS также формирует соседства благодаря обмену сообщениями IS-IS Hello(IIH), но в отличие от OSPF, IS-IS имеет три разных типа Hello сообщений. Для рассылки Hello на широковещательных и на Point-to-Point интерфейсах в IS-IS используются разные типы сообщений. Помимо этого Hello для широковещательных интерфейсов делятся на два типа: Level 1 и Level 2. В итоге можно сказать, что мы имеем дело со следующими типами IS-IS Hello (или как их еще называют IIH):
1. Point-to-Point
2. L1 LAN
3. L2 LAN
Пример формата IIH для LAN и P-t-P
Все сообщения в IS-IS называются PDU - (Packet Data Unit)
Hello PDU, Link-State PDU (LSP) - рассмотрим далее.
Ключевой особенностью всех этих сообщений является нахождением в них конструкции "TLV".
Важно
TLV - это абревиатура "Type Length Value" - по сути универсальная конструкция, в которою можно закодировать всё что угодно.
Наличие TLV придает протоколу IS-IS очень большую гибкость, так например для внедрения IPv6 в OSPF пришлось полностью менять
версию протокола, а в IS-IS достаточно было просто "запилить" новые типы TLV...
Наподобии работы OSPF в широковещательном домене протокол IS-IS тоже производит выбор назначенного маршрутизатора (DIS - Designated Intermediate System) в подобных топологиях. Выбор DIS также производится на основании сравнения приоритетов, настроенных на интерфейсах маршрутизаторов. Если приоритеты одинаковые, то в выборах побеждает маршрутизатор с численно большим МАС адресом. Однако процесс выбора DIS в IS-IS отличается от процесса выбора DR в OSPF следующими деталями:
1. Не выбирается Backup DIS.
2. Соседства в таком широковещательном домене все равно формируются по схеме Full Mesh,
а не только между DIS и не-DIS.
3. Выставление приоритета, равного 0, не означает, что маршрутизатор не может быть выбран DIS.
4. Если в широковещательный домен добавить маршрутизатор с более высоким приоритетом,
чем у текущего DIS, то произойдут перевыборы, и новый маршрутизатор возьмет на себя роль нового DIS.
5. Возможно существование разных DIS на уровне 1 и на уровне 2.
"LSDB" IS-IS¶
В протоколе IS-IS для каждого маршрутизатора тоже в конечном счете формируется общая БД по топологии сети, которая состоит из Link-State PDU (LSP). Принципиальное отличие LSDB OSPF и IS-IS заключается в том, что по сути LSP - это сборная информация о машрутах и стоимости маршрута конкретного маршрутизатора. Каждый маршрутизатор ретранслирует полученный LSP от соседа - все остальным соседям своей зоны. Т.о. LSDB в IS-IS представляет собой информацию, состояющую из LSP всех соседей области L1 или L2, а в OSPF получается информация распространяется с помощью универсального "транспорта" LSU, внутри которого передаются соответствующие LSA.
Пример структуры LSP
Типы TLV¶
"Area address TLV (TLV Type 1)"
Эта TLV всегда помещается перед остальными. В ней маршрутизатор указывает, какой area он принадлежит.
Здесь стоит напомнить, что в протоколе IS-IS, согласно дизайну,
маршрутизатор всегда целиком принадлежит какой-то определенной area.
"IS Neighbors TLV (TLV Type 2)"
Эта TLV служит для описания всех соседних маршрутизаторов,
которые известны устройству, генерирующему TLV.
"IP internal reachability TLV (TLV Type 128)"
Эта TLV используется для описания подключенных к маршрутизатору сетей.
Все сети, которые настроены на интерфейсах, включенных в работу IS-IS, попадают в эту TLV.
"Protocols Supported TLV (TLV Type 129)"
Используется для перечисления протоколов, маршрутизацию которых поддерживает данное устройство.
"IP external reachability TLV (TLV Type 130)"
Как и в протоколе OSPF, в IS-IS есть концепция внешних маршрутов.
То есть маршрутизатор может переносить маршрутную информацию в домен маршрутизации IS-IS
из какого-то другого протокола маршрутизации (OSPF, RIP, BGP, static).
Такой маршрутизатор называется ASBR, и его работа в этой роли приводит к появлению внешних маршрутов.
"IP interface address TLV (TLV Type 132)"
В эту TLV маршрутизатор помещает адреса тех интерфейсов, которые включены в работу IS-IS,
и через которые будет производиться рассылка LSP.
"Extended IP reachability TLV (TLV Type 135)"
Эта TLV является еще одним способом, с помощью которого маршрутизатор
может описать подключенные к нему сети, а также внешние сети.
Может возникнуть вопрос, для чего она нужна, если уже есть
IP internal reachability и IP external reachability.
Формат предполагает возможность указать только адрес сети и длину префикса.
То есть эта TLV действительно позволяет описать сеть, не делая акцент на то,
внешняя это сеть или внутренняя. Помимо этого мы видим единственное поле Metric длиной 4 байта.
Разумеется, это поле используется для обозначения значения метрики интерфейса,
к которому подключена внутренняя сеть, или метрики маршрута до внешней сети.
И длина этого поля – это первая причина, почему существует Extended IP reachability TLV:
это возможность использовать численно большие значения метрики
(больше тех, которые давали TLV 128 и 130)
"Dynamic Hostname TLV (TLV Type 137)"
Эта TLV используется для распространения информации о локальном Hostname маршрутизатора.
Пример LSP¶
Внутри LSP находятся как "кубики" TLV.
После формирования LSDB IS-IS каждый маршрутизатор по алгоритму Дейкстры строит свою оптимальную таблицу маршрутизации.
Литература¶
- 1. XGURU IS-IS
- 2. IS-IS Википедия
- 3. IS-IS для тех, кто понимает OSPF (Часть 1)
- 4. IS-IS для тех, кто понимает OSPF (часть 2)
- 4. IS-IS для тех, кто понимает OSPF (часть 3)
Пример дампа в wireshark можно посмотреть здесь