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IS-ISのルートリークとup/downビット

目次

IS-ISのルートリークとup/downビット

IS-ISのレベル1エリアは、外の経路を持ちません。外向きのパケットは最も近い出口へ渡され、その先は出口のルータが決めます。ATTビットが担うこの仕組みは単純ですが、レベル1のルータは「どの出口が近いか」しか知らないため、出口から先が近いか遠いかを判断できません。

これを補うのがルートリークです。レベル2で学んだ経路をレベル1のLSPへ落とせば、レベル1のルータも宛先までの距離で出口を選べるようになります。ただし落とした経路がレベル2へ戻るとループになるため、up/downビットという1ビットの印で向きを記録します。

この記事では、ビットがどこにあり、誰がいつ立て、何を禁じているかを、RFCの規定とIOS XRの実機で確認します。ATTビットの仕組みはIS-ISのATTビットとレベル1のデフォルトルートで解説しています。

なぜリークするのか

RFC 5302は、ATTビットに頼る出口選択をこう評しています。

最も近いL1L2ルータを使うということは、そのL1L2がメトリック情報を持たないデフォルトルートをL1エリアへ注入しているのと実質的に同じである。L1ルータが行う経路計算も同様に最適でない。

デフォルトルートには宛先ごとの距離がありません。出口Aが近くても、目的地が出口Bのすぐ隣にあるなら、Bを通るほうが速いはずです。レベル1のルータにはその判断材料がありません。

そこでレベル2の経路そのものをレベル1へ広告するのがルートリークです。プレフィックスとメトリックが手元に来るので、レベル1のルータも普通のSPF計算で出口を選べます。

なおルートリークはISO/IEC 10589:2002には無い仕組みです。RFC 1195がIPの経路を運ぶために定めたTLVに対して、IETFが後から足した拡張になります。

up/downビットはどこにあるか

ビットの位置はTLVによって違います。

TLVメトリックの形up/downビットの位置
128 / 130（narrow）1バイトのdefaultメトリックそのバイトのbit 8
135（wide、RFC 5305）4バイトのメトリック後ろに続く制御バイトのbit 8

TLV 135の制御バイトは1バイトに3つの情報を詰めています。

ビット意味
8up/downビット
7サブTLVが続くか
1〜6プレフィックス長（0〜32）

narrowのTLV 128では、defaultメトリックのbit 8が元々「予約」でした（bit 7は内部か外部かを示すI/Eビット、bit 1〜6が値）。RFC 5302がこれをup/downビットとして再定義しています。TLVの構造はIS-ISの主要TLVで解説しています。

0と1が意味するもの

RFC 5305が値の決め方を定めています。

up/downビットは、プレフィックスがIS-ISに最初に注入されたときは0にしなければならない。あるプレフィックスが上位のレベルから下位のレベルへ（たとえばレベル2からレベル1へ）広告される場合は、このビットを1にしなければならない。

つまり1は「上から降りてきた」という印です。0は「このレベルで生まれた」を意味します。

同じRFCは、同じレベルの別エリアへ広告する場合も1にすると定めています。レベルは同じでも、エリアをまたいだ時点で「よそから来た経路」になるためです。

RFC 5302は、誰が立てるかをこう書いています。

L1L2ルータは、L2ルーティングから導出されL1のLSPへ広告されるプレフィックスについて、このビットを1にしなければならない。L1またはL2のLSPに載る他のすべてのIPプレフィックスでは0にしなければならない。

なおRFC 7794は、プレフィックスに付ける別のサブTLV（Prefix Attribute Flags）にRフラグを定義しています。「プレフィックスがあるレベルから別のレベルへ、上向きにも下向きにもリークされたときに立てる」もので、向きを区別しない点がup/downビットと違います。

ループを防ぐ規則

up/downビットの目的はループの防止です。RFC 5302の規定がその要になります。

up/downビットが立っていてL1ルーティングで学んだプレフィックスを、L1L2ルータはL2へ戻して広告してはならない。

レベル2から降ろした経路が、別のL1L2ルータによってレベル2へ押し戻されると、経路が循環します。降りてきた経路には印が付いているので、L1L2ルータはそれを見て「これは上げてはいけない」と判断できます。

RFC 5305も同じことを別の言い方で述べています。

up/downビットが1のプレフィックスは、階層の下方向にしか広告してはならない。

古い実装との互換性

up/downビットを知らないレベル1の実装は、リークされた経路をエリア内の経路として取り込んでしまいます。RFC 5302はこれについて、次のように整理しています。

それ自体がL1のみのルータ同士でルーティングループを起こすことはない。

ループを止めているのはL1L2ルータの側だからです。レベル1のみのルータは経路を再広告しないので、印を読めなくても循環は生じません。

どこまでリークするか

リークは無料ではありません。RFC 5302はこう述べています。

ドメイン全体でプレフィックス数が増える。その結果、ドメイン全体でメモリ消費・伝送・計算の要求が増える。

これは妥協であり、IS-ISで得られる最大のスケーラビリティを提供するものではない。この機能を使うドメインは、スケーラビリティと最適性の間で取引をしていることを認識し、それに応じてネットワークを設計・監視すべきである。

レベル1エリアの利点は、外の情報を持たないことでデータベースが小さくなる点にあります。リークはその利点を削って最適性を買う操作です。そのためRFC 5302は、必要なものだけを落とすことと、既定では落とさないことを求めています。

上下いずれの方向にも、すべてのプレフィックスを広告する必要はない。実装は、LSPへ載せるエリア間プレフィックスの数をさらに減らすために、手動のフィルタリングや集約を許してもよい。

L1L2ルータの既定の設定では、L2の経路をL1へ一切広告しないことを推奨する。実装は、L2の経路をL1へ広告させるには、ネットワーク管理者に手動で設定させるべきである。

IOS XRでpropagate level 2 into level 1にroute-policyが必須なのは、この要求に沿った形になっています。

実機での検証

検証環境

エリア49.0001にR1・R2・R3を置き、R1だけをlevel-1にします。R2とR3はlevel-1-2で、別エリア49.0002のlevel-2-onlyなR4へつながります。R4にLoopback1（172.16.4.1/32）を置き、これをリークの対象にしました。

ルータエリアIS Typeループバックリンク
R149.0001level-1Lo0 1.1.1.1/32Gi0/0/0/0 10.1.2.1（R2へ、metric 10）/ Gi0/0/0/1 10.1.3.1（R3へ、metric 20）
R249.0001level-1-2Lo0 2.2.2.2/32Gi0/0/0/0 10.1.2.2 / Gi0/0/0/1 10.2.4.2（R4へ）
R349.0001level-1-2Lo0 3.3.3.3/32Gi0/0/0/0 10.1.3.3 / Gi0/0/0/1 10.3.4.3（R4へ）
R449.0002level-2-onlyLo0 4.4.4.4/32 / Lo1 172.16.4.1/32Gi0/0/0/0 10.2.4.4 / Gi0/0/0/1 10.3.4.4

メトリックはwide（TLV 135）にしています。narrowのTLV 128でもビットの意味は同じですが、制御バイトとして独立している分、wideのほうが観測しやすいためです。

検証のSTEP

STEP操作確かめること
0既定（リークなし）R1は0.0.0.0/0だけを持ち、172.16.4.1/32は持たない
1R2にL2→L1のリークを設定R1に172.16.4.1/32が現れ、R2のレベル1 LSPでup/downビットが1になること
2R3にも同じリークを設定R1が両方の出口からこの経路を受け取ること
3R2のR4向きリンクをmetric 100にするデフォルトルートはR2のまま、リークした172.16.4.1/32だけがR3経由へ移ること
4すべて元に戻す（最終状態）STEP 0と一致

ATTビットを強制的に立てる/無視する設定も試そうとしましたが、IOS XR 26.1.1（XRd）にはattached-bitにあたるコマンドがありません（attached-bit / set-attached-bit のいずれも% Invalid input detected）。ATTビットの扱いはレベル構成とエリアの形で決まります。

STEP 0：出口はデフォルトルートだけ

R1の経路表です。

STEP 0 R1：show route isis
RP/0/RP0/CPU0:R1#show route isis
Fri Sep 11 12:29:53.589 UTC

i*L1 0.0.0.0/0 [115/10] via 10.1.2.2, 00:13:00, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 2.2.2.2/32 [115/10] via 10.1.2.2, 00:14:42, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 3.3.3.3/32 [115/20] via 10.1.3.3, 00:13:36, GigabitEthernet0/0/0/1
i L1 10.2.4.0/24 [115/20] via 10.1.2.2, 00:14:42, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 10.3.4.0/24 [115/30] via 10.1.3.3, 00:13:36, GigabitEthernet0/0/0/1

外向きの経路はi*L1 0.0.0.0/0の1本だけで、172.16.4.1/32はどこにもありません。R2とR3の両方がATTビットを立てていますが、R1が選んだのはメトリックの小さいR2（10）です。

STEP 1：R2にリークを設定する

R2に、対象を172.16.4.1/32だけに絞ったルートポリシーを置き、propagate level 2 into level 1で適用しました。IOS XRではこのコマンドにroute-policyが必須で、省くと% Incomplete command.になります。

STEP 1 R2：show rpl route-policy LEAK-L2-TO-L1
RP/0/RP0/CPU0:R2#show rpl route-policy LEAK-L2-TO-L1
Fri Sep 11 12:33:09.993 UTC
route-policy LEAK-L2-TO-L1
  if destination in (172.16.4.1/32) then
    pass
  endif
end-policy
!

R1のレベル1データベースです。

STEP 1 R1：show isis database detail
RP/0/RP0/CPU0:R1#show isis database detail
Fri Sep 11 12:32:53.923 UTC

IS-IS 1 (Level-1) Link State Database
LSPID                 LSP Seq Num  LSP Checksum  LSP Holdtime/Rcvd  ATT/P/OL
R1.00-00            * 0x00000007   0x2165        909  /*            0/0/0
  Area Address:   49.0001
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     1.1.1.1
  Hostname:       R1
  Metric: 10         IS-Extended R2.00
  Metric: 20         IS-Extended R3.00
  Metric: 0          IP-Extended 1.1.1.1/32
  Metric: 10         IP-Extended 10.1.2.0/24
  Metric: 20         IP-Extended 10.1.3.0/24
R2.00-00              0x00000008   0x4796        1107 /1200         1/0/0
  Area Address:   49.0001
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     2.2.2.2
  Hostname:       R2
  Metric: 10         IS-Extended R1.00
  Metric: 0          IP-Extended 2.2.2.2/32
  Metric: 10         IP-Extended 10.1.2.0/24
  Metric: 10         IP-Extended 10.2.4.0/24
  Metric: 10         IP-Extended-Interarea 172.16.4.1/32
R3.00-00              0x00000006   0x764a        1126 /1200         1/0/0
  Area Address:   49.0001
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     3.3.3.3
  Hostname:       R3
  Metric: 20         IS-Extended R1.00
  Metric: 0          IP-Extended 3.3.3.3/32
  Metric: 20         IP-Extended 10.1.3.0/24
  Metric: 10         IP-Extended 10.3.4.0/24

 Total Level-1 LSP count: 3     Local Level-1 LSP count: 1

R2のLSPの最後がIP-Extended-Interarea 172.16.4.1/32です。他のプレフィックスはIP-Extendedで、この語の違いがup/downビットが1であることを表しています。まだ設定していないR3のLSPには現れていません。

R1の経路表では型がinter-areaになります。

STEP 1 R1：show route 172.16.4.1
RP/0/RP0/CPU0:R1#show route 172.16.4.1
Fri Sep 11 12:32:53.034 UTC

Routing entry for 172.16.4.1/32
  Known via "isis 1", distance 115, metric 20, type inter-area
  Installed Sep 11 12:31:21.175 for 00:01:31
  Routing Descriptor Blocks
    10.1.2.2, from 2.2.2.2, via GigabitEthernet0/0/0/0
      Route metric is 20
  No advertising protos.

受け取る側のR1には何も設定していません。リークはレベル1とレベル2の両方を持つルータの仕事で、レベル1のルータは届いた経路を普通に計算に入れるだけです。実際、R1の_run.txtは全STEPで同一です。

注入した側では0のまま

同じプレフィックスをレベル2側で見ます。R4のデータベースです。

STEP 2 R4：show isis database detail
RP/0/RP0/CPU0:R4#show isis database detail
Fri Sep 11 12:36:03.318 UTC

IS-IS 1 (Level-2) Link State Database
LSPID                 LSP Seq Num  LSP Checksum  LSP Holdtime/Rcvd  ATT/P/OL
R2.00-00              0x00000008   0x6f8f        796  /1200         0/0/0
  Area Address:   49.0001
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     2.2.2.2
  Hostname:       R2
  Metric: 10         IS-Extended R4.00
  Metric: 10         IP-Extended 1.1.1.1/32
  Metric: 0          IP-Extended 2.2.2.2/32
  Metric: 30         IP-Extended 3.3.3.3/32
  Metric: 10         IP-Extended 10.1.2.0/24
  Metric: 30         IP-Extended 10.1.3.0/24
  Metric: 10         IP-Extended 10.2.4.0/24
  Metric: 40         IP-Extended 10.3.4.0/24
R3.00-00              0x00000007   0xa321        915  /1200         0/0/0
  Area Address:   49.0001
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     3.3.3.3
  Hostname:       R3
  Metric: 10         IS-Extended R4.00
  Metric: 20         IP-Extended 1.1.1.1/32
  Metric: 30         IP-Extended 2.2.2.2/32
  Metric: 0          IP-Extended 3.3.3.3/32
  Metric: 30         IP-Extended 10.1.2.0/24
  Metric: 20         IP-Extended 10.1.3.0/24
  Metric: 40         IP-Extended 10.2.4.0/24
  Metric: 10         IP-Extended 10.3.4.0/24
R4.00-00            * 0x00000006   0x02b7        857  /*            0/0/0
  Area Address:   49.0002
  LSP MTU:        1492
  NLPID:          0xcc
  IP Address:     4.4.4.4
  Hostname:       R4
  Metric: 10         IS-Extended R2.00
  Metric: 10         IS-Extended R3.00
  Metric: 0          IP-Extended 4.4.4.4/32
  Metric: 10         IP-Extended 10.2.4.0/24
  Metric: 10         IP-Extended 10.3.4.0/24
  Metric: 0          IP-Extended 172.16.4.1/32

 Total Level-2 LSP count: 3     Local Level-2 LSP count: 1

R4自身のLSP（R4.00-00）の172.16.4.1/32はIP-Extended、つまりビットは0です。最初に注入したルータが0で出し、レベル1へ落としたR2とR3が1に変えているという関係になります。

このデータベースにはIP-Extended-Interareaの行が1つもありません。R2とR3はレベル1にリークした経路をレベル2のLSPへ載せていない、ということです。

パケットで見る

R1 — R2のキャプチャーのNo.33が、リーク直後にR2が送ったレベル1 LSPです。tsharkは制御バイトを3つに分けて表示します。

No.33 R2のレベル1 LSP（tshark -V の抜粋）
        Ext. IP Reachability: 10.2.4.0/24
            Metric: 10
            0... .... = Distribution: Up
            .1.. .... = Sub-TLV: Yes
            ..01 1000 = Prefix Length: 24
            IPv4 prefix: 10.2.4.0
            SubCLV Length: 3
            subTLV: Prefix Attribute Flags (c=4, l=1): Flags:---
                Code: Prefix Attribute Flags (4)
                Length: 1
                Flags: 0x00
                    0... .... = External Prefix: Not set
                    .0.. .... = Re-advertisement: Not set
                    ..0. .... = Node: Not set
        Ext. IP Reachability: 172.16.4.1/32
            Metric: 10
            1... .... = Distribution: Down
            .1.. .... = Sub-TLV: Yes
            ..10 0000 = Prefix Length: 32
            IPv4 prefix: 172.16.4.1
            SubCLV Length: 3
            subTLV: Prefix Attribute Flags (c=4, l=1): Flags:-RN
                Code: Prefix Attribute Flags (4)
                Length: 1
                Flags: 0x60, Re-advertisement, Node
                    0... .... = External Prefix: Not set
                    .1.. .... = Re-advertisement: Set
                    ..1. .... = Node: Set
上のtshark出力のパケット（No.33 レベル1 LSP）のpcapをダウンロード

同じLSPの中で、R2自身のリンク10.2.4.0/24はDistribution: Up（bit 8が0）、リークした172.16.4.1/32はDistribution: Down（bit 8が1）です。プレフィックス長（..10 0000 = 32）とサブTLVの有無が同じ1バイトに入っていることも、そのまま読み取れます。

RFC 7794のRフラグも立っています（Flags:-RN）。こちらは方向を持たない「レベルをまたいでリークされた」という印で、up/downビットとは別のサブTLVに入ります。

STEP 2：R3にも同じ設定をする

STEP 2 R1：show route isis
RP/0/RP0/CPU0:R1#show route isis
Fri Sep 11 12:35:19.279 UTC

i*L1 0.0.0.0/0 [115/10] via 10.1.2.2, 00:18:26, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 2.2.2.2/32 [115/10] via 10.1.2.2, 00:20:07, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 3.3.3.3/32 [115/20] via 10.1.3.3, 00:19:02, GigabitEthernet0/0/0/1
i L1 10.2.4.0/24 [115/20] via 10.1.2.2, 00:20:07, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 10.3.4.0/24 [115/30] via 10.1.3.3, 00:19:02, GigabitEthernet0/0/0/1
i ia 172.16.4.1/32 [115/20] via 10.1.2.2, 00:03:58, GigabitEthernet0/0/0/0

R3のLSPにも同じ行が出ますが、R1の経路は変わりません。R2経由が20（10+10）、R3経由が30（20+10）だからです。

STEP 3：近い出口と最良の出口が分かれる

R2のR4向きリンクをmetric 100にしました。R1からR2までの距離（10）は変えていません。

STEP 3 R1：show route isis
RP/0/RP0/CPU0:R1#show route isis
Fri Sep 11 12:38:30.384 UTC

i*L1 0.0.0.0/0 [115/10] via 10.1.2.2, 00:21:37, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 2.2.2.2/32 [115/10] via 10.1.2.2, 00:23:18, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 3.3.3.3/32 [115/20] via 10.1.3.3, 00:22:13, GigabitEthernet0/0/0/1
i L1 10.2.4.0/24 [115/110] via 10.1.2.2, 00:01:50, GigabitEthernet0/0/0/0
i L1 10.3.4.0/24 [115/30] via 10.1.3.3, 00:22:13, GigabitEthernet0/0/0/1
i ia 172.16.4.1/32 [115/30] via 10.1.3.3, 00:01:50, GigabitEthernet0/0/0/1

デフォルトルートは10.1.2.2（R2）のまま、172.16.4.1/32だけが10.1.3.3（R3）経由に変わりました。デフォルトルートが比べているのはR1から出口までの距離で、リークした経路が比べているのはR1から宛先までの距離（30 対 110）です。両者が食い違うときに差が出ます。これがリークする理由そのものです。

STEP 4：元に戻す

2台のリークとメトリックを外しました。STEP 0との_run.txtの差分は時刻の行だけです。

検証Configおよびshow結果

R1 — R2のリンクで試験の全体をキャプチャーしています。上で引用したLSPはこの中のNo.33です。

試験全体のキャプチャー（R1 — R2、約14分）をダウンロード

各STEPで4台すべてから、次の3種類をルータごとに分けて取得しています。検証Configはこの..._run.txtです（最終状態は最後のSTEPのもの）。

ファイル内容
..._show.txtshow version / show interface description / show route と、show isis 系一式（interface brief / neighbors / database detail / topology / route / adjacency-log / spf-log / lsp-log / statistics）、show rpl route-policy LEAK-L2-TO-L1
..._log.txtそのSTEPの範囲だけに絞ったshow logging。各STEPの開始時にlogmsgでマーカーを入れ、その時刻をshow logging startに指定して取得したもの
..._run.txtそのSTEP時点のshow running-config（＝そのSTEPの検証Config）

STEP 0：初期状態（リークなし）

ルータshow出力syslogrunning-config
R1showlogrun
R2showlogrun
R3showlogrun
R4showlogrun

STEP 1：R2にL2→L1のルートリークを設定

ルータshow出力syslogrunning-config
R1showlogrun
R2showlogrun
R3showlogrun
R4showlogrun

STEP 2：R3にも同じリークを設定

ルータshow出力syslogrunning-config
R1showlogrun
R2showlogrun
R3showlogrun
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STEP 3：R2のR4向きリンクをmetric 100に

ルータshow出力syslogrunning-config
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STEP 4：すべて元に戻す（最終状態）

ルータshow出力syslogrunning-config
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参考

標準タイトル概要
RFC 5302Domain-Wide Prefix Distribution with Two-Level IS-ISTLV 128 / 130のdefaultメトリックのbit 8をup/downビットとして再定義した（RFC 2966を廃止）。L1L2ルータがL2由来のプレフィックスをL1へ広告する際に1にすること、up/downビットが立ちL1で学んだプレフィックスをL2へ戻してはならないことを定めている。ATTビットによる出口選択が「メトリック情報を持たないデフォルトルートの注入」と同等であることの指摘も本RFC。
RFC 5305IS-IS Extensions for Traffic Engineeringwideメトリック。TLV 135では4バイトのメトリックに続く制御バイトのbit 8がup/downビット、bit 7がサブTLVの有無、bit 1〜6がプレフィックス長。最初の注入時は0、上位から下位への広告時は1、同じレベルの別エリアへの広告時も1と定めている。
RFC 7794IS-IS Prefix Attributes for Extended IPv4 and IPv6 ReachabilityPrefix Attribute FlagsサブTLV（タイプ4）のX / R / Nフラグを定義している。Rフラグは「プレフィックスがあるレベルから別のレベルへ、上向きにも下向きにもリークされたときに立てる」もの。Nフラグは「広告しているルータ自身を指すホストプレフィックス（ループバック）のときに立てる」もの。
RFC 1195Use of OSI IS-IS for Routing in TCP/IP and Dual EnvironmentsIPの経路を運ぶための拡張。TLV 128 / 130を定義している。
ISO/IEC 10589:2002（第2版）Intermediate System to Intermediate System intra-domain routeing information exchange protocolIS-IS本体の仕様。ルートリークとup/downビットは規定していない（IPプレフィックスを運ぶ仕組み自体がRFC 1195以降のIETF拡張のため）。

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