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工业路由器OSI与CLNS概述
发布者:科创通信 发布时间: 2021-03-26
工业路由器OSI与CLNS概述
    OSI(OpenSystemInterconnect)参考模型是一个国际化标准,用于增强不同厂商设备之间的互操作性。它定义了一个7层的模型,并且详细规定了各层的功能,同时也确定了计算机网络的标准。
 
    制定OSI七层参考模型的是ISO(InternationalOrganizationforStandardization,国际标准化组织)。对于数据通信和信息技术的发展来说,OSI参考模型起到了重要的作用。它提供了开放式的标准架构,使不同厂商生产的通信设备之间可以进行互联和互操作。ISO七层模型的每一层都定义了单一的功能,可以将相关功能组合成功能层,从而简化和方便了协议的设计。
    工业级路由器OSI参考模型中的网络服务规范定义了网络设备之间使用无连接通信的功能,也就是CLNS(ConnectionlessNetworkService,无连接网络服务)。顾名思义,使用CLNS,无需在发送数据之间建立端到端的路径。下图中展示的是CLNS中所包括的协议组件,这些协议组件都由ISO所定义。
 
正如上图所示,CLNP(ConnectionlessNetworkProtocol,无连接网络协议)、IS-IS、ES-IS(EndSystem—IntermediateSystem,终端系统—中间系统)都是ISO定义的独立的OSI第三层(网络层)的协议,这些协议分别在不同的ISO标准中定义:
• CLNP:在ISO8473中定义,定义了CLNS所使用的协议。
• IS-IS:在ISO10589中定义,定义了在使用CLNP的网络中,中间系统与中间系统间进行工业4G路由器路由信息的交换方式。
• ES-IS:在ISO9542中定义,定义在使用CLNP的网络中,终端系统与中间系统间进行路由信息交换的方式。
    工业级路由器CLNP这个名词可能很多人都比较陌生,它是一个OSI网络层协议。打个比方来说,它就相当于我们所熟悉的IP协议,而IP定义为用来为TCP/IP协议栈提供网络层服务。与IP一样,工业级全网路由器CLNP也是一个无连接的协议,不提供可靠的数据连接,而且也独立于下层(数据链路层)协议。我们都知道,IP是TCP/IP协议栈中唯一的网络层协议,高层的协议和数据全都封装在IP数据包中进行传输。这不同于CLNS网络环境,在CLNS中,CLNP、IS-IS、ES-IS都是独立的网络层协议,它们都直接被封装到数据链路层的帧中进行传输。
    如同IP一样,CLNP也有一套自己的寻址体系,我们称之为CLNP地址。CLNP地址的结构和寻址方式与我们熟悉的IP地址有着很大的差别。
    在OSI术语中,主机(例如PC)被称为ES(终端系统),工业路由器被称为IS(中间系统)。ES-IS可以说是一种终端系统和工业级4G路由器之间的“语言”或路由协议。它用来使同一网段或链路的终端系统和工业4G路由器之间可以彼此发现对方,并可以让ES能够获悉其网络层地址。总结来说,ES-IS主要有以下几种功能:
• 使ES获悉其所在的区域,即区域前缀
• 在ES与IS之间建立邻接关系
• 建立数据链路层地址到网络层地址(CLNP地址)的映射
可以看出,ES-IS在CLNS网络环境中的作用就好像IP网络中的ICMP、ARP与DHCP协议的协同工作。
在ES-IS工作过程中,终端系统通过发送ESH(ESHello)报文到特定的地址,目的是向路由器通告自己的存在。工业级4G路由器通过监听ESH报文,以发现网络中存在的ES,以便后续将到达特定ES地址的数据包转发给ES。
在ES-IS中,工业路由器通过发送ISH(ISHello)报文到特定地址,也向ES通告其自身的存在。ES也监听ISH,如果收到多个IS发送的ISH,ES将随即进行选择,并将所有数据都发送给这个IS。
需要注意的是,通常我们的终端系统,例如PC,都不使用ES-IS,因为这些PC都运行的是TCP/IP协议栈,类似ES-IS的工作都由TCP/IP协议栈中的ARP、ICMP、DHCP协议来完成。
下图所示为CLNS中ES-IS的工作机制:
 
    IS-IS是CLNS中一个重要的组成部分,它是一个用来在CLNS网络环境中使工业LTE路由器与工业全网路由器(IS与IS)之间动态的交换路由信息的协议,IS-IS在ISO10589中进行了定义。IS与IS,即工业路由器与工业LTE路由器之间的通信使用IIH(IS-ISHello)报文。IS-IS的设计主要是为了满足CLNS网络中的如下需求:
• 在路由域内执行路由选择协议功能
• 为网络提供最佳路由
• 当网络出现故障后,能够快速的收敛
• 提供无环路的网络
• 提供网络的稳定性
• 提供网络的可扩展性
• 合理利用网络资源
为了满足如上需求,IS-IS被设计成一种链路状态路由协议,并且使用工业全网路由器SPF最短路径优先算法以实现快速的收敛和无环路网络。
    之前所提到的IS-IS,它仅支持CLNS网络环境,而不支持IP网络环境中的路由信息交换。后来,IETF在RFC1195中对IS-IS进行了修改和扩展,称之为集成IS-IS(IntegratedIS-IS)或双重IS-IS(DualIS-IS)。集成IS-IS的制定是为了使其能够同时应用在TCP/IP网络和OSI网络中,使其能够为IP网络提供动态的路由信息交换。
集成IS-IS是一个能够同时处理多个网络层协议(例如IP和CLNP)的路由选择协议。相反,OSPF只支持IP一种网络层协议,即OSPF仅支持IP路由。而集成IS-IS可以支持纯CLNP网络或纯IP网络,或者同时支持CLNP和IP两种网络环境,并为其提供路由功能。集成IS-IS协议经过多年的发展,已经成为一个可扩展的、功能强大的、易用的工业级全网路由器IGP路由选择协议,并且在运营商网络中得到了更多的应用和部署,主要用来实现工业级路由器域内的IP路由选择。

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