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IS-IS 与 OSPF 协议机制比较


IS-IS 与 OSPF 协议机制比较

一、协议体系概述

(一)协议定位与设计背景

  • IS-IS(Intermediate System to Intermediate System):隶属于 ISO 的 CLNP(Connectionless Network Protocol,无连接网络协议)体系,最初为非 IP 网络设计,通过 LSP(Link State Protocol Data Unit,链路状态协议数据单元)描述拓扑,支持大规模网络分层架构。后经扩展支持 IP 网络,因稳定性和扩展性优势,广泛应用于运营商骨干网。
  • OSPF(Open Shortest Path First):属于 IETF 的 IP 协议族,专为 IP 网络设计,通过 LSA(Link State Advertisement,链路状态通告)传递拓扑信息。依赖 DBD(Database Description,数据库描述)、LSR(Link State Request,链路状态请求)、LSU(Link State Update,链路状态更新)机制同步链路状态数据库(LSDB),是企业网主流 IGP(内部网关协议)。

(二)特征对比

对比项IS-ISOSPF
协议体系ISO 的 CLNP 体系IETF 的 IP 协议族
拓扑描述单元LSP(链路状态协议数据单元)LSA(链路状态通告)
网络类型支持广播型、点到点广播型、点到点、NBMA(非广播多路访问)、点到多点
区域结构Level-1(区域内)、Level-2(骨干)骨干区域(Area 0)、普通区域、特殊区域(如 NSSA、Stub)
路由计算算法PRC(Partial Route Calculation,部分路由计算)i-SPF(Incremental SPF,增量最短路径优先)
开销计算默认固定值,需手动配置与带宽匹配自动基于带宽计算(带宽越高,开销越小)
扩展性基于 TLV(Type-Length-Value)结构,扩展灵活(如支持 IPv6 仅需新增 TLV)IPv4/IPv6 版本独立(OSPFv2/OSPFv3)

二、报文与拓扑同步机制

(一)LSP 与 LSA 标识逻辑

对比项IS-IS(LSP)OSPF(LSA)
标识格式系统 ID.伪节点 ID-分片号(如 49.0001.0010.0002.01-00类型+LSA ID+通告路由器 ID(如 Type-2, LSA ID: 192.168.1.0, AdvRtr: 1.1.1.1)
广播网抽象DIS 生成伪节点 LSPDR 生成 Type-2 LSA
拓扑同步机制CSNP(完全顺序报文)/PSNP(部分顺序报文)同步 LSDBDBD 摘要同步 + LSU 详细获取

(二)LSP ID 结构解析

49.0001.0010.0002.01-00 为例,采用三段式结构:

  • 系统 ID(49.0001.0010.0002):6 字节,含 AFI(49,ISO 格式标识)、区域 ID(0001,2 字节)、节点 ID(0010.0002,3 字节,路由器唯一标识)。
  • 伪节点 ID(01):1 字节,00 表示路由器自身 LSP,≥01 表示 DIS 生成的伪节点 LSP(每广播网从 01 递增)。
  • 分片号(00):1 字节,00 表示未分片,分片时按顺序递增,最大支持 65536 个分片。

(三)LSP 与 LSA 类型对比

在 IS-IS 协议中,LSP(Link State PDU)用于传播链路状态信息。LSP 的类型和伪节点 ID 是协议中的重要概念。

  1. 路由器自身 LSP

    • LSP ID:由路由器的系统 ID 和一个序列号组成,例如 49.0001.0010.0002.00-00
    • 功能:包含该路由器的接口、邻居及路由信息。
    • 描述:路由器自身 LSP 用于描述该路由器自身的链路状态信息,包括其接口状态、邻居关系以及本地路由信息。
  2. 伪节点 LSP

    • LSP ID:由路由器的系统 ID、伪节点 ID 和一个序列号组成,例如 49.0001.0010.0002.01-00
    • 伪节点 ID:从 01 开始,并且可以有多个伪节点 LSP,每个伪节点 LSP 的伪节点 ID 依次递增。
    • 功能:用于描述广播网络中的所有节点连接关系。
    • 描述:伪节点 LSP 是由某个路由器生成的,用于描述广播网络中的所有节点连接关系。这种 LSP 用于表示广播网络中的虚拟节点,以便在广播网络中正确传播链路状态信息。
LSP 类型标识示例伪节点 ID 特征描述内容
路由器自身 LSP49.0001.0010.0002.00-0000自身接口、邻居及路由信息
伪节点 LSP49.0001.0010.0002.01-00≥01广播网络中所有节点连接关系
LSA 类型(典型)生成者描述内容
Type-1所有路由器本路由器接口及邻接信息
Type-2DR(广播网)广播网络中所有路由器连接关系
Type-3ABR区域间路由汇总信息

三、广播网络关键机制

(一)DIS 与 DR 机制对比

对比项IS-IS(DIS)OSPF(DR)
选举优先级0-127(默认 64,0 不参与选举)0-255(默认 1,0 不参与选举)
选举依据优先级高者当选,同优先级选 MAC 地址大的优先级高者当选,同优先级选 Router ID 大的
抢占性支持(优先级变化触发)不支持(重启后重选)
备份机制有 BDR(备份指定路由器)
邻接关系所有节点与伪节点形成 Full 邻接非 DR/BDR 间仅 2-Way 状态
功能生成伪节点 LSP、周期性发送 CSNP 同步 LSDB生成 Type-2 LSA、减少 LSA 泛洪量

(二)伪节点机制

  • 本质:DIS 为广播网络创建的逻辑抽象体,将 N 台设备的全互联拓扑(N×(N-1)/2 条邻接)简化为星型结构(N 条邻接),降低 LSDB 复杂度。
  • 生成流程:DIS 选举完成后自动生成,包含广播网所有路由器连接关系,通过 CSNP 泛洪同步。
  • 类比理解:广播网络如“研发部”,DIS 如“部门经理”,伪节点 LSP 如“部门通讯录”(记录所有成员与经理的连接,而非成员间全部关系)。

四、分片机制详解

对比项IS-IS 分片机制OSPF 分片机制
标识方式分片号显式包含于 LSP ID(如 01-00LSA 头部分片位 + 扩展字段标识
触发条件内容超过 MTU 自动分片内容超过 MTU 自动分片
最大分片数典型支持 32 个典型支持 256 个
重组依据基于分片号顺序重组基于分片位及扩展信息重组
头部信息每分片含完整 LSP 头部每分片含完整 LSA 头部

五、邻接与邻居的区别

特征邻居(Neighbor)邻接(Adjacency)
定义物理直连且通过 Hello 报文识别的设备邻居经协议交互(如 LSDB 同步)后形成的逻辑连接
本质物理连接关系,邻接的前提逻辑连接关系,可交换路由信息
形成条件物理连接、Hello 报文交互、基本参数匹配(如区域号)基于邻居关系,完成认证、LSDB 同步等深层协商
状态标识Down、Init 等(未完成逻辑连接)Full(LSDB 完全一致)
网络类型表现广播网中所有直连设备均为邻居广播网中仅 DR/BDR(OSPF)或与伪节点(IS-IS)形成邻接

六、路由计算算法

(一)PRC(IS-IS)

  • 原理:网络拓扑变化时,仅对受影响的路由子集执行局部计算,而非重新计算整个拓扑。
  • 优势:收敛速度快,资源消耗低,适合大规模网络。

(二)i-SPF(OSPF)

  • 原理:拓扑变化时,仅对变化的拓扑子集重新计算最短路径,而非完整 SPF 树。
  • 优势:减少冗余计算,提升收敛效率,但复杂度略高于 PRC。

七、协议差异总览

维度IS-IS 特点OSPF 特点
标识以节点角色(伪节点)为中心以 LSA 类型及发布者身份为中心
网络类型广播型、点到点广播型、点到点、NBMA、点到多点
区域路由Level-1 到 Level-2 仅默认路由跨区域需经 Area 0,传递明细路由
报文类型简化(LSP、IIH、CSNP、PSNP)多样(LSA 分 7 类,依赖 DBD/LSR/LSU)
负载能力超强(适合运营商骨干网)强(适合企业网)

八、故障排查要点

(一)DIS/DR 选举异常

  • 检查接口优先级配置(IS-IS:display isis interface <接口>;OSPF:display ospf interface <接口>)。
  • 确认 MAC 地址(IS-IS)或 Router ID(OSPF)是否为网段最大(display interface <接口> | include MAC address)。

(二)LSDB 同步问题

  • 抓包分析同步报文:IS-IS 检查 CSNP 是否包含伪节点 LSP ID;OSPF 检查 DBD 是否包含完整 LSA 摘要。
  • 确认 MTU 一致(建议 ≥ 1500 字节),避免分片丢失。

(三)伪节点异常

  • 确认接口类型为广播网(如 Ethernet),点到点网络无伪节点。
  • 查看 DIS 切换日志(display logbuffer | include IS-IS DIS),排查频繁切换导致的拓扑震荡。

九、知识总结

  • LSP 标识口诀:系统 ID.伪节点 ID-分片号,自身 LSP 为 .00-00,伪节点从 .01 开始。
  • DIS 职责链:选举 → 生成伪节点 LSP → 发送 CSNP 同步 LSDB → 维护拓扑一致性。
  • 邻接与邻居:邻居是物理基础,邻接是逻辑升级,仅邻接可交换路由信息。
  • 协议选择:大规模骨干网优先 IS-IS,企业网优先 OSPF(适配多网络类型)。

十、IS-IS 与 OSPF 术语对照表

缩略语OSI 术语IETF 术语
ISIntermediate SystemRouter
ESEnd SystemHost
DISDesignated Intermediate SystemOSPF 中的 DR
SysIDSystem IDOSPF 中的 Router ID
LSPLink State PDUOSPF 中的 LSA
IIHIS-IS Hello PDUOSPF 中的 Hello 报文
PSNPPartial Sequence Number PDUOSPF 中的 LSR 或 LSAck 报文
CSNPComplete Sequence Number PDUOSPF 中的 DD 报文

通过以上内容,可系统掌握 IS-IS 与 OSPF 的机制、差异及应用场景,为网络设计与故障排查提供理论支撑。


via:

年代久远,出处未记录。

http://www.dtcms.com/a/359908.html

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