本节书摘来自异步社区《CCNP ROUTE 300-101认证考试指南》一书中的第8章，第8.3节数据库交换过程，作者 【美】Kevin Wallace（凯文 华莱士），更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
8.3 数据库交换过程
CCNP ROUTE 300-101认证考试指南
区域内的每台路由器在OSPF拓扑变化发生且稳定下来时，都应对于该区域拥有相同的LSDB。内部路由器（在一个区域内的路由器）只有该区域的LSA，但ABR的LSDB中会包含其连接的每个区域的LSA。因此ABR知道每个区域中有哪些LSA。
OSPF路由器会泛洪它们自己创建的LSA，也会泛洪它们从邻居学到的LSA，直到区域中的所有路由器都有该区域最新LSA的副本为止。为了管理和控制这一过程，OSPF定义了几种消息、过程和邻居状态，来明确每个邻居泛洪LSA的过程。本节一开始会列出OSPF消息和邻居状态的参考信息。接着，则会描述不存在DR时，两邻居之间的泛洪过程，之后介绍存在DR时的对应过程。本章最后会介绍如何避免LSA通告环路，以及如何周期性重泛洪信息。
8.3.1 SPF消息和邻居状态
表8-4列出了接下来将要介绍的OSPF消息类型以供读者参考。此外，表8-5列出了多种邻居状态。虽然直接阅读下表有助于学习相关要点，但在第一次学习这些内容时，读者可以暂时跳过以下表格。
关键
8.3.2 无DR时的交换
正如我们在第7章讨论的那样，OSPF接口的网络类型负责告知路由器是否尝试在该接口上选举DR。路由器不选举DR最常见的情况发生在点到点拓扑上，比如真正的点到点串行链路和点到点子接口。本节将讨论在这样的接口上，数据库的交换过程，这些内容可以为后面较复杂的、使用DR的OSPF广播网络类型（如LAN）的学习做铺垫。
每个OSPF邻居关系会以交换Hello消息开始，直到邻居到达2-Way状态。在早期，路由器通过发送组播Hello消息来发现邻居，并检查其参数，以确保所有要求的项目（表7-5中）都相互匹配。图8-7展示了上述过程的详情，图中标记了多组邻居状态，消息列在拓扑的正中。
图8-7从断开的邻居关系开始，所以邻居关系一上来处于断开（Down）状态。当路由器尝试重建邻居关系时，每台路由器都发送了组播Hello消息，并移至初始化（INIT）状态。在两路由器都收到Hello消息，并且验证了所有参数都相同后，路由器将另一个路由器的RID列在了Hello消息中，如图中底部的两个Hello消息所示。当路由器收到的Hello消息中有自己RID，路由器即会变为2-Way状态。
如图8-7底部所示，当路由器与邻居进入2-Way状态后，路由器随后就会决定是否应该与它交换LSDB条目。当不存在DR时，路由器之间永远应交换LSDB。每台路由器都会继而遵循下列通用的过程。
步骤1 发现邻居已知的LSA，但自己不知道。
步骤2 发现两路由器都已知的LSA，但邻居的版本较新。
步骤3 请求邻居发送前两步中标识出的所有LSA副本。
图8-8详述了两邻居之间用来交换LSA的消息和邻居状态。图8-8与图8-7相同，也在消息流外侧显示了邻居状态（参考表8-5）。路由器上可以查看这些邻居状态（使用show ip ospf neighbor命令的变体），特定的状态可用来判断两邻居在数据库交换过程中的进行的程度。更重要的邻居状态将贯穿本章的全部内容。
图8-8显示了OSPF的消息流，本章之前的表8-2列出了相关消息以供参考。接下来将进一步讨论图8-8中的过程。
1．发现邻居的LSDB描述
在路由器决定从2-Way状态继续进入其他状态并与邻居交换LSDB时， 就会执行图8-8所示的过程。该过程的下一步要求两路由器相互告知区域中所有已知LSA的LSID。这样做的主要目的是让每台路由器搞清楚自己还不知道哪些LSA，然后就可以请求相应设备发送它所需要的完整LSA了。为了学习那些邻居已知的LSA，邻接路由器会遵循以下步骤。
步骤1 将数据库描述包（缩写为DD和DBD）以组播的方式发送至224.0.0.5，这是所有SPF路由器的组播地址。
步骤2 在发送第一个DD消息时，邻居转换到ExStart状态，直到有较高RID的路由器成为主/从关系中的主路由器。
步骤3 选举主路由器后，将邻居状态转换为Exchange状态。
步骤4 继续互相发送组播DD消息，直到两路由器都有区域中相同的LSID视图。
注意DD消息不会列出完整的LSA，只包含LSA头部。这些头部中会包含LSA的LSID和LSA序列号。LSA的LS序列号初始创建时会从0x80000001（十六进制）开始。创建LSA的路由器会增加序列号值，并在LSA改变时重泛洪LSA。例如，如果接口从up变为down，路由器会更改类型1的LSA来将接口状态标示为down，增加LSA序列号，并重泛洪LSA。
主路由器负责控制消息交互中的DD消息流，从路由器会应答主路由器的DD消息。主路由器持续发送DD消息，直到它列出区域中所有已知的LSID。从路由器则会通过将LSA头部放入自己的DD消息作出应答。一些LSA头部只是简单地重复从路由器从主路由器那里接收到的内容，以告知主服务器：从服务器学到了主服务器发来的LSA头部。此外，从服务器中还会包含主路由器中未列出LSA的LSA头。
每台路由器在了解了自己LSDB中没有的LSA列表（其他路由器中有这些LSA）之后，DD消息的交换过程就会结束。此外，每台路由器虽然在本地已经拥有了LSA列表，但路由器在发现其他路由器中有更新的LSA列表副本（基于序列号判断）后，DD消息的交换过程就会结束。
2．交换LSA
当两邻居知道它们共享了LSID列表后，它们之间就会转为Loading状态，并开始交换完整的LSA——但只交换那些未知或已更改的LSA。
例如，当图8-8中的两台路由器成为邻居后，两台路由器都不会有另一台路由器类型1 LSA的副本。R1请求R2发送其LSID为2.2.2.2的LSA。R2于是发送自己的类型1 LSA，R1确认接收。上述机制的工作方式如下所示。
步骤1 邻居状态转为Loading。
步骤2 针对所有缺失的LSA发送链路状态请求（LSR）消息，列出所请求LSA的LSID。
步骤3 邻居路由器通过链路状态更新（LSU）响应LSR消息，在每个消息中列出一个或多个LSA。
步骤4 通过发送链路状态确认（LSAck）消息（称作显式确认）确认接收，或者使用LSU消息发送与收到LSA相同的LSA给其他路由器（隐式确认）来确认接收。
步骤5 当发送、接收和确认完所有LSA后，邻居关系就会转换至FULL状态（完全邻接）。
注释：
因为本节讨论的是无DR的情况，所以所有消息都会以组播方式发送到所有SFP路由器的组播地址224.0.0.5，除非邻居配置了OSPF neighbor命令。
在上述过程结束时，两路由器上对于链路所属的区域，都应该拥有了相同的LSDB。此时，两路由器就可以运行SPF算法来选择每个子网当前的最优路由了。
8.3.3 有DR时的交换
有DR时的数据库交换与无DR时的数据库交换稍有不同，但大部分过程相似，有相同的消息、含义和邻居状态。最大的不同是每台路由器选择与谁进行数据库交换。
非DR路由器不会与一个子网中的所有邻居交换数据库。它们只会与DR交换数据库。随后，DR会与子网中剩下的OSPF路由器交换新的/有变更的LSA。
上述概念沿袭了图8-4中类型2 LSA的理念。图8-9中有4个类型1的LSA，代表一个LAN中的4台真实路由器，还有1个类型2的LSA，代表多路访问子网。DR负责创建类型2的LSA，这是DR工作的一部分。
图8-9展示了数据库交换的两大概念性步骤：非DR路由器（R3）首先与伪结点交换自己的数据库，随后类型2伪结点再与其他路由器交换其数据库。不过伪结点是一个概念，不是一台路由器。为了让图8-9描述的过程正常工作，DR会承担类型2伪结点的工作，消息也稍有不同，如下所示：
关键
非DR如图8-9所示，它们会使用相同的消息进行数据库交换，但路由器会把这些消息发送到所有DR路由器的组播地址224.0.0.6；
DR使用相同的消息进行数据库交换，但会发送消息到所有SPF路由器的组播地址224.0.0.5。
读者应同时考虑这两个规则。首先，发往224.0.0.6的消息只会由DR和BDR进行处理。DR主动参与，应答这一消息，BDR则只是一个安静的旁观者。实际上，这种方式意味着非DR路由器只会直接与DR和BDR交换数据库，而不会与子网中的其他路由器交换数据。
接下来，我们来讨论从DR到所有SPF路由器组播地址224.0.0.5的组播消息。所有OSPF路由器都会处理此消息，剩下的路由器——Cisco IOS中称为DROther——也学习到了最近交换的LSA。上述过程完成了图8-9中所示的第二步，图中DR为伪结点，负责向子网中的其他OSPF路由器泛洪LSA。
上述过程会在后台进行，并且常常可以忽略掉。然而，对于管理OSPF网络的人员来说，必须能够区分这两个规则。存在DR时，DROther路由器只会与DR/BDR进行数据库交换（如图8-9所示），而不与子网中的其他路由器交换。例如在图8-9中，R1为DR，R2为BDR，R3/R4为DROther。因为上述基本流程不让R3和R4互相交换数据库，因此这两台路由器不会达到FULL邻居状态，而只是保持在2-Way状态。
例8-6显示了图8-9中LAN的最终输出信息，其中有4台路由器。输出内容来自DROther R3，输出信息表示R3与DROtherR4为2-Way状态，输出也显示了接口Fa0/0的优先级为2，输出信息还显示了邻居计数（所有邻居）为3，以及邻接邻居计数（所有状态为完全邻接的邻居）为2，这也是因为DROther R3和R4的邻居关系不是完全邻接。
8.3.4 在区域内泛洪
至此，本节的数据库交换过程关注的都是在邻居之间交换数据库。然而，LSA需要在一个区域内泛洪。为此，当路由器从邻居学习到新的LSA时，路由器就知道了同一区域中的其他邻居可能还不知道该LSA。同理，当LSA发生变更时——例如，当接口改变了状态——路由器可能学到了已有LSA的新序号版本，此时它也需要向区域中的其他邻居泛洪变更后的LSA。
图8-10展示了上述过程的一个基本示例。在此例中，R2、R3和R4之间建立了邻居关系，在本区域的LSDB中有4个LSA。R1是新加入互联网络的路由器。
首先，在新的R1-R2邻居关系建立，且数据库交换过程完成后，会发生什么呢？在R1启动，链路也启用后，R1和R2达到FULL状态并拥有共享的区域1 LSDB。R2学习到了所有R1的新LSA（应该只有R1的类型1路由器LSA），而R1也学到了区域1中所有R2已知的LSA，包括R3和R4的类型1 LSA。
接着，我们来考虑此时R3和R4的LSDB。R1-R2间的数据库交换并不会告知R3或R4任何R1已知的新LSA。所以在R2学习到了R1的类型1 LSA后，它就会向R2/R3/R4 LAN上的DR发送DD包。而接下来交互的LSR/LSU包，会让R3和R4学习到R1的新LSA。如果区域1中有更多路由器，泛洪过程也会在整个区域内继续，直到所有路由器都知道每个LSA的最优（最高序列号）副本为止。
数据库交换还有另一重效果：泛洪过程还避免了LSA环路。路由器通过DD消息了解到邻居已知的LSA头部，但只请求邻居已知但本地路由器未知的LSA。通过只请求未知的LSA或已知LSA的新版本，路由器也就避免了LSA在通告中形成环路。
8.3.5 周期性泛洪
虽然OSPF不会像距离矢量协议那样周期性地发送路由更新，但它会基于每个LSA的老化变量，每30分钟重泛洪每个LSA。创建LSA的路由器将老化值设置为0（秒）。每台路由器随着时间增加自己每个LSA副本的老化值。如果30分钟过去了LSA没有更改（这也意味着30分钟内没有其他理由造成LSA的重泛洪），所属路由器就会增加序列号值，重置计时器为0，然后重泛洪LSA。
因为所属路由器会增加序列号并每1800秒（30分钟）重置LSAge，因此各种show ip ospf database命令的输出信息中也会显示出那些小于1800秒的LSA老化值。例如，在例8-5中，R1（RID 1.1.1.1）的类型1 LSA的老化值为943秒，序列号为0x80000003。序列号会随着时间增加，每30分钟LSAge会循环增加至1800，然后在重泛洪LSA时回到0。
还有一点需要注意：当路由器需要清除一个区域LSDB中的一个LSA时，它会将LSA的老化值设置为MaxAge值（3600），然后重泛洪此LSA。当所有其他路由器收到这个LSA时，发现老化值已为最大，于是这些路由器也会将这个LSA从其LSDB中移除。
