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数据中心自动化运维手艺探索之NETCONF

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数据中心自动化运维手艺探索之NETCONF

【NETCONF】NETCONF协议提供了营业设置安排自动化的解决计划。NETCONF是怎样泛起的？为什么需要开发NETCONF？NETCONF醒目什么？生长趋势又是怎样的？本文针对以上几个问题，对数据中心运维自动化手艺举行一些先容和探讨。

宣布时间：2018-10-17
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我想谈论

数据中心交流机实现运维自动化，零设置上线手艺（ZAM）只是完成了交流机预先可知的牢靠设置，主要是一些基本的互通以及登录相关设置。未来的营业是转变的，以是详细的与营业相关的设置还需要凭证详细需求设置或更新。NETCONF（Network Configuration Protocols，网络设置协议）协议提供了营业设置安排自动化的解决计划。

那么NETCONF是怎样泛起的？为什么需要开发NETCONF？NETCONF醒目什么？生长趋势又是怎样的？本文将针对以上几个问题，对数据中心运维自动化手艺举行一些先容和探讨。

SNMP的问题

要谈NETCONF，SNMP是无法绕已往的。SNMP（Simple Network Management Protocol ，简朴网络管理协议）最早由IETF在20世纪80年月晚期（1980s）开发，自降生之日起，SNMP就被用来监控（如告警、性能管理）网络装备，大大都专业的网络装备都有SNMP agent代理，这些代理被激活和设置后用于和SNMP管理 NMS（Network Management System，网络管理系统）通讯。

一套完整的SNMP系统主要包括管理信息库（MIB）、管理信息结构（SMI）及SNMP报文协议。

MIB

MIB，管理信息库，汇总存储着资源与OID的唯一对应关系，NMS凭证盘问的资源在MIB中找到对应的OID，通过SNMP盘问报文将读取的OID信息发送至网络装备，网络装备凭证OID盘问对应的资源信息，最终封装为SNMP响应报文发送给NMS。

如图一所示，盘问资源iso.org.dod.internet.mgmt.mib.ip.ipInReceives对应的OID即为：1.3.6.1.2.1.4.3。

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▲图一：MIB树形条理结构

SMI

SMI，管理信息结构，是SNMP中界说被管理的网络实体（即网络装备）中特定命据的语言。界说了数据类型、工具模子，以及写入和修改管理信息的规则等内容。

SNMP报文

SNMP划定了5种协议数据单位PDU（SNMP报文），用来在管理历程和代理之间的信息交流。

如图二所示：

• get-request，用于从代理历程处提取一个或多个参数值；

• get-next-request，用于从代理历程处提取紧跟目今参数值的下一个参数值；

• set-request，用于设置代理历程的一个或多个参数值；

• get-response，用于代理向管理历程返回的一个或多个参数值；

• trap，代理历程自动发出的报文，通知管理历程有某些事务爆发。

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▲图二：SNMP五种报文操作

从SNMP协议设计中可以看出，只管具有一些设置的功效，但SNMP自己并不是面向设置的协议，也不适合开发用于设置的客户端应用。大宗的运维实践也证实，SNMP更多是作为网络装备状态监控的工具，而在设置管理层面，SNMP还不具备成为一个成熟工具的能力。

并且即便在网络装备监控层面，SNMP也还保存着其他的问题，好比：

• 性能差，效率低；

• 基于UDP协议传输，可靠性较差，只能依赖自己机制确�？煽啃�，影响性能；

• 私有MIB导致多厂家装备统一管理难度大。

正是由于SNMP的州缺乏和缺陷，才导致了NETCONF的爆发。

NETCONF的由来

在2001、2002年，IAB（Internet Architecture Board，互联网架构委员会），组织了一再关于网络管理的专题事情聚会，将网管以及协议开发者组织起来针对其时的主流网管协议（SNMP、CLI等）保存的问题举行了讨论，聚会效果最终形成了RFC 3535。在这份文档中，针对其时网络管理中保存的问题，提出了14项需求，其中较量要害的几项有：

• 易用性；

• 明确区分设置数据、形貌操作状态的数据和统计数据；

• 面向服务和网络的设置管理，而不是单个装备的管理；

• 设置数据的导入导出脱离原始职员操作；

• 基于文本举行设置；

• 标准化数据模子等等。

针对RFC 3535中枚举的需求，2003年建设了NETCONF事情组，NETCONF的设计遵照RFC 3535。2006年NETCONF焦点RFC 4741宣布，2011年更新版的RFC 6241宣布（破除RFC 4741）。

NETCONF简介

NETCONF协议，顾名思义是装置、编辑和删除网络装备设置的标准协议。从上文NETCONF由来也可看出，NETCONF主要解决的问题之一就是网络装备的设置管理、下发、更改等问题。NETCONF怎样来实现对网络装备设置的管理，我们先来看下NETCONF的架构设计。

NETCONF架构

NETCONF使用C/S结构，面向毗连，协议报文使用XML名堂。

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▲图三：NETCONF 协议架构

从图三中可以看出NETCONF协议内部分为4层，由下至上划分是清静传输层，新闻层，操作层和内容层。

• 清静传输层

NETCONF所具备的一大优势在于从协议层面就划定其传输层必需使用带有清静加密的通讯协议，如SSH，TLS等。比照其他明文传输协议，NETCONF协议层面就对数据清静性做了包管。由于NETCONF协议划定必需要支持SSH，以是现在SSH是NETCONF使用较量普遍的传输层协议。

• 新闻层

新闻层提供了一种简朴的、不依赖于传输协议的RPC和通告封装机制。

client接纳<rpc>元素封装操作请求信息，并通过一个清静的、面向毗连的会话将请求发送给服务器，而服务器将接纳<rpc-reply>元素封装RPC请求的响应信息（即操作层和内容层的内容），然后将此响应信息发送给请求者。另外，服务器可以接纳<notification>元素向客户端通告事务。

• 操作层

操作层是承载在新闻层上的详细操作内容，这些详细操作仅能承载在<rpc>和<rpc-reply>新闻上，<notification>新闻无操作层内容。

NETCONF协议划定了9种简朴的RPC操作，如表一所示：

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▲表一：RPC基本操作

除了以上9种基本操作，NETCONF也支持用户自界说RPC操作，这里不做睁开形貌。

• 内容层

内容层主要用来形貌网络管理所涉及的设置数据和通知数据等。可是NETCONF并没有关于内容层的数据结构模子做标准化界说，那怎样来形貌内容层的相关数据呢，2006年，在NETCONF首个版本RFC 4741宣布的同时，一种专门为NETCONF准备的数据建模语言YANG（RFC 6020）也同时宣布。目的是对NETCONF数据模子、操作举行建模，笼罩NETCONF协议的操作层和内容层。

下图即是一个NETCONF的RPC报文中各层内容的示意。

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▲图四：NETCONF RPC报文示例

NECONF操作

那在这个架构下NETCONF究竟是怎样实现装备设置管理的？

我们来看一次NETCONF交互的流程：

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▲图五：NETCONF交互流程示意

在Client和Server建设NETCONF会话后，两头先通过<hello>报文相互通知对端本端关于NETCONF的支持能力，即Capability。同步完成后Client端提倡RPC操作，Server端运行后将应答新闻封装入<rpc-reply>回复给Client端。关于装备设置，就是在Client端提倡RPC设置相关的操作。

NETCONF界说的9项基本RPC操作中有4项与设置直接相关，包括：

• <get-config>；

• <edit-config>；

• <copy-config>；

• <delete-config>。

还剩余2项与设置权限相关，2项会话关闭和1项状态数据盘问。从这里也能看出NETCONF关于设置管理的重视。

可是这些似乎照旧没法体现NETCONF比SNMP幸亏哪？SNMP保存的问题怎样解决的？

这里不得不引出NETCONF中另外一个主要的组成部分YANG。

YANG

YANG（Yet Another Next Generation），无法用中文给出适当的翻译。从YANG的标准文档RFC 6020中，我们可以明确它的定位： A Data Modeling Language for the Network Configuration Protocol （NETCONF），NETCONF的数据建模语言。

为什么要YANG

NETCONF需要对装备的设置（configuration）和状态（state）做操作，例如编辑设置，获取状态，而NETCONF的内容层并没有界说标准化的数据模子。同时操作层除了界说9种基本的RPC操作，还允许自界说RPC，自界说的RPC和详细操作内容都需要举行建模，YANG就是用来完成这个建模的。

YANG使用modules和submodule举行数据建模。一个YANG module，如图六所示，界说了具有笔直结构的数据，这些数据可以被用做基于NETCONF的操作，包括设置、状态数据的形貌，尚有RPC操作等。它使得NETCONF的Client和Server之间能有完整的数据形貌。

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▲图六：YANG module举例

怎么用YANG

YANG建模获得的数据具备树形结构。其中每一个节点都有一个名字，都有一个值或者一些子节点。YANG文件为这些节点，以及节点之间的交互提供明确清晰的形貌，即数据模子路径。

网络装备关于NETCONF的支持，就是在装备注册YANG的数据模子路径，使装备能够凭证YANG文件的数据模子路径获取数据或者写入设置。

那么关于运维职员来说只需拿到装备厂商的YANG模子，凭证YANG模子的要求将相关的设置或数据参数填入，即可通过NETCONF提倡相关RPC操作，完成设置或数据读取使命。

通过YANG和NETCONF，就实现了基于可编程手艺的网络设置和管理，为自动化运维提供了基础。

NETCONF与SNMP比照

先容完NETCONF，我们再转头看下NETCONG与SNMP的简朴比照：

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▲表二：SNMP&NETCONF比照

相比SNMP，NETCONF具备以下优势：

• 简朴易用，YANG模子简朴易学，可读性好，且可直接映射到XML；

• 清晰区分设置数据和状态数据，关于差别数据，存储在差别数据库中，相互区明确确；

• 可以统一管理整个网络所有装备，而不再是基于单台装备管理；

• 自动化的设置下发和数据网络，降低人工误操作几率；

• 标准化数据模子（建模语言）；

• 扩展性好，除了标准操作，还可以自界说操作，实现奇异管理功效；

• 基于SSH协议，提供设置锁定等机制，数据清静性高。

NETCONF问题

NETCONF协议因其优异的易用性和扩展性，已经随着SDN手艺的逐步落地获得了越来越普遍的使用，主流装备厂商装备均可以支持NETCONF功效。

可是这样是否就完善解决了网管运维面临的问题呢？谜底显然是否定的。缘故原由在于：

• 各厂商装备支持NETCONF基本都使用私有YANG模子，差别厂商装备不可识别其他厂商YANG文件；

• 关于使用NETCONF运维平台的使用者，需要学习熟悉各厂商的NETCONF文档和YANG文件；

• NETCONF YANG Model整体的标准化历程十分缓慢。

为相识决这些现实问题，业界的装备使用者们推出了另外一种标准化计划。

OpenConfig

为了屏障使用NETCONF时差别厂商装备的差别，由Google提倡，AT&T，British Telecom，Facebook，Apple，Microsoft 等加入建设了 OpenConfig 事情组，希望能建设一个与装备厂商无关的开放模子，用于网络设置和战略。现在海内的腾讯、百度和阿里等公司也已经加入了 OpenConfig 事情组。

OpenConfig标准化

OpenConfig的目的是基于现实案例的操作需求，使用YANG语言编译一组中立的通用数据模子，以最终实现基于可编程手艺的网络自动化运维。

OpenConfig具备以下几个主要特征：

• 沿用NETCONF协议框架；

• 使用YANG作为建模语言；

• 不修改底层数据传输，只关注上层的数据表达和数据建模。

也就是说OpenConfig更多的是要成为一个建模的标准。

OpenConfig自己是基于标准化的NETCONF协议框架和建模语言YANG来开发，在YANG Model维度举行标准化，相当关于YANG模子做了规范，需要各厂家装备所有需要能够识别OpenConfig YANG Model的YANG文件，这样，差别厂商的装备就可以通过统一模子的YANG文件来管理，差别的只是YANG文件中填入的参数。

通俗的明确，OC （OpenConfig）YANG就是希望做成一种类似公有的YANG模子，如图七所示。

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▲图七：OC YANG模子

OpenConfig生态情形

现在OpenConfig还不是一个官方标准组织，甚至还不是一个正式的组织，许多的成员还都是通过邮件约请的。它由Google提倡，Microsoft、AT&T、英国电信等都是它的拥护者，海内BAT均已加入。

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▲图八：OpenConfig生态

OpenConfig现在还没有宣布标准RFC，但已经成为NETCONF的下一个生长趋势，各大网络装备厂商都已经最先了OpenConfig的开发事情。

现在，由于在网络管理、设置下发以及开放性等方面的优势，NETCONF基本已经成为实现数据中心运维自动化的主流协议。同时各大网络装备厂商也纷纷将NETCONF加入功效支持列内外。虽然由于私有YANG的问题导致在现实应用中还保存一些问题，但OpenConfig已经为解决这些问题提供了明确可行的思绪。随着OpenConfig的逐步落地，数据中心自动化运维手艺将迎来新一海浪潮。

97国际网络的数据中心交流机产品，包括RG-N18000-X系列焦点交流机、RG-S6510系列25G TOR、RG-S6220-H系列万兆TOR都已支持NETCONF和OpenConfig YANG。2018年上半年宣布的OpenConfig YANG模子也已所有完成适配，现在正在配合海内公有云提供商举行测试。

本期作者：刘臣平

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