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数据中心网络运维的"巨人之剑"

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数据中心网络运维的"巨人之剑"

【gRPC运维接口】本文主要先容什么是理想的北向运维接口，基于gRPC + Protocol Buffer的北向运维接口，已经在97国际交流机中实现应用，知足部分Feature的运维需求。

宣布时间：2019-04-29
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我想谈论

营业驱动网络手艺刷新带来的是“天使”照旧“妖怪”？

随着互联网营业的蓬勃生长，大数据、AI（人工智能）和RDMA（Remote Direct Memory Access，远程内存直接会见）等手艺已经获得普遍应用，带来数据中心流量一连增添的同时，要求基础网络提供端到端低延时无损转发，推动以太网交流机芯片的快速升级。

•芯片性能升级：从古板的10G以太网到当下普及的25G以太网，甚至有用户已经最先着手安排基于100G以太网的HPC（High Performance Computing，高性能盘算）集群；

•运维特征的富厚：芯片提供了更多配套的增强能力，好比全共享缓存区（Shared Buffer）、INT（In-band Network Telemetry，带内网络遥测）、PFC（Priority-based Flow Control，基于优先级的流量控制)、ECN（Explicit Congestion Notification，显示拥塞通告机制）、MOD（Mirror-On-Drop，丢包镜像）、TCB（Transient Capture Buffer，瞬态捕获缓冲）等等。

以RDMA手艺为例，交流机需要通过种种特征的重大组合，才华更好地支持其稳固运行，与营业的“轻耦合”，带来了运维难度的提升

运维的巨人之剑

在网络装备手艺日益重大的配景下，要实现营业的可靠运行，需要对网络装备内部深度掌控，实现周全的可视化。在DevOps（Development and Operations，开发运维）自动化运维当道的今天，交流机北向接口的选择变得很是主要。

古板的CLI（Command-Line Interface，下令行界面）、SNMP（Simple Network Management Protocol，简朴网络管理协议）等手段，无论在性能、效率、自动化能力上显然不可很好的知足自动化运维需求。借鉴业界一些互联网巨头的实践，以及对gRPC（Google Remote Procedure Call，谷歌RPC）的更深入相识，可以预见，未来基于gRPC手艺的运维接口有望可以作为最主要的自动化运维手段。在最先跟各人分享gRPC之前，我们先剖析一下目今数据中心交流机运维详细遇到了哪些瓶颈。

交流机运维遇到的瓶颈

从运维自动化的角度，对交流机爆发的需求无非是以下几种行动：

•Get：自动获取状态和设置信息

运维平台按需从交流机装备上获取要害设置信息或者软、硬件状态信息，设置信息如BGP设置、清静设置等，状态信息如接口流量、接口状态、Buffer行列长度、丢包等等；知足机房巡检、故障排查等需求。

•Set：自动下发设置

运维平台按需对交流机下发变换设置，好比Shutdown端口、设置IP地址、设置水线阈值等；知足一样平常的营业变换需求。

•Alarm：自动上报异常状态

交流机内部，当知足一定触发条件后自动上报运维平台的Notification信息，好比CPU使用率凌驾清静阈值、行列水线抵达阈值、端口Up/Down等；知足对异常状态的告警需求。

•Push：自动周期上报要害状态信息

装备端周期性自动上报一些状态信息，好比接口流量、行列水线、接口错包等；知足要害指标的一连监控需求。

针关于上述的四种一样平常操作，无论是基于古板的CLI + Syslog、SNMP，照旧基于较量盛行的Netconf、OpenConfig，现在看都只能知足部分需求。同时，在性能、兼容性、扩展性、标准化等方面遇到瓶颈，只能同时接纳多种运维接口组合来知足自动化运维平台的快速、一连集成。这几种运维接口简朴剖析如下：

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表1：四种运维接口的能力剖析

基于以上剖析，简朴总结如下：

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表2：四种运维接口的优劣势总结

从上面的总结中可以看到，现在常见的几种北向接口都还不敷完善，无法知足未来多厂商组网下的统一运维和一连集成。从另外一个层面看，上述的北向接口总体上已经禁止易改变、且不可控，即关于运维同砚来说，没有更好的自动权，无法重新界说。那么关于运维同砚来讲，什么是理想的北向运维接口呢？

未来理想的北向运维接口

基于上述剖析总结起来，我们以为需要有一个契机可以重新界说北向运维接口，完善地支持运维自动化平台的一连、简朴、统一集成，未来理想的运维北向接口应该具备以下特征：

•厂家无关性：

以运维平台为中心界说的标准化模子，不需要区分各个厂家装备举行一连的适配、变换。

•YANG模子标准化：

基于自身运维系统界说的统一标准YANG模子，一连迭代、演进，不受限于OpenConfig组织或者厂家私有YANG模子。

•周全的运维能力：

周全完善地支持Get、Set、Alarm及Push能力，同时，在统一的接口上举行四种能力下发和订阅。

•简单的运维接口：

重新界说简单的运维接口，自动化运维平台可以通过唯一的标准接口实现对各厂商的统一管理。

从手艺细节上，未来运维北向接口应该具备以下能力：

•结构化北向接口：

借鉴Netconf和OpenConfig的协议分层架构，将数据编码、能力模子、远程挪用、数据传输、清静等�？槎纪牙�，通太过层协议架构实现解耦合，包管标准接口的快速迭代。

•直观、高效的数据形貌：

可以基于JSON语言实现数据模子的形貌，取代XML及Protocol Buffer的数据形貌，简化编写重漂后，提高可读性。同时，数据模子的变换不需要影响底层数据的序列化传输，好比Protocol Buffer。

•统一树状YANG模子：

基于交流性能力模子，针对差别功效�？槭迪质髯吹腨ANG建模，好比BGP、OSPF、清静、Interface等，在差别功效�？橄率迪諫et、Set、Alarm、Push能力的整合。

•高效的数据传输：

接纳二进制序列化和反序列化，提供古板文本方法高效的数据传输；可以复用简单的TCP毗连实现多撒播输，提升效率。

•基于RPC实现远程挪用解耦：

基于RPC框架实现的接口举行远程挪用，实现交流机与运维平台的解耦合，相互透明、自力。

•清静可靠的数据传输：

远程的RPC挪用需要完善的Authentication机制；数据传输自己需要清静加密。

虽然上面的形貌执偾对未来北向运维接口的设想，可是关于交流机装备举行周全统一的管理是实着实在的刚需，以运维平台为焦点统一知足Get、Set、Alarm和Push操作。现实中是否保存这样的接口呢？基于gRPC + Protocol Buffer也许是一个可能的选择。

基于gRPC框架的统一运维接口设计

基于gRPC + Protocol Buffer的运维模子如下：

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?控制器订阅/解订阅实时性/周期性事务。

?交流机生涯/删除订阅的服务器地址，端口号和订阅事务。

?交流机基于订阅的事务，结构对应数据的JSON名堂，使用Protobuf封装报文，通过gRPC协议往服务器发送Proto Request新闻。

?服务器端收到Proto Request新闻，使用Protobuf解封装报文，还原出JSON名堂的数据结构，举行营业处置惩罚。

?服务器端处置惩罚完数据后，需要使用Protobuf封装应答数据，通过gRPC协议往交流机发送Proto Reply新闻。

?交互机收到Proto Reply新闻，则竣事本次的gRPC交互。

框架的统一运维接口设计中，gRPC是一个要害的传输框架，但不是所有。

•Data：最终要传输的数据，包括指令，支持Get、Set、Alarm和Push操作；

•统一YANG模子：基于JSON举行数据模子的统一形貌，以网络架构及运维需求整合的统一YANG树模子；

•gRPC：统一的北向接口，通过RPC要领，把数据的发送或获取，像挪用外地工具一样挪用远端的工具；

•Protocol Buffer：界说RPC接口服务（.proto文件），同时完成数据的序列化和反序列化封装，提升数据的传输效率，降低带宽需求；

• Netty + HTTP/2：在可靠的网络毗连上提供双向的流复用，配合Netty简化网络编程。

gRPC是一个基于HTTP/2协议的高性能、开源和通用的RPC框架，其中最主要也是落地最难题的就是统一YANG模子的建设。OpenConfig虽然界说了大宗标准YANG模子，解决了统一、兼容的问题，可是这种标准事情组的方法无法知足当下基础网络运维快速迭代的需求。以是呼吁头部互联网公司牵头梳理形成事实的统一YANG模子，各人在此基础上举行一直的增补、完善。以后降低运维平台多方对接的本钱，把目的聚焦在运维能力需求自己。

总结

基于gRPC + Protocol Buffer的北向运维接口，已经在97国际交流机中实现应用，知足部分Feature的运维需求。例如对交流机Buffer的周全管理，包括对Ingress/Egress端口/行列缓存的实时监控、端口/行列缓存超阀值次数等指标的周期收罗，最高频率可以抵达秒级；对入/出端口缓存缺乏丢包、端口Buffer超限等问题可以自动触发Alarm上报等，很好地知足了运维对可视化和实时性的要求。可是离真正取代SNMP等协议尚有很长的一段路要走，可是相信未来会基于gRPC实现更多运维能力的统一管控。

关于gRPC协议自己的原理，我们后面的文章会进一步睁开先容，敬请期待。

本期作者：高亮

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往期精彩回首

• 【第二期】怎样通过网络遥测（Network Telemetry）手艺实现细腻化网络运维？

• 【第三期】泛论数据中心网络运维自动化

• 【第五期】流量可视化之ERSPAN的宿世今生

• 【第七期】运维可视化之INT功效详解

• 【第八期】浅析RDMA网络下MMU水线设置

• 【第十期】数据中心自动化运维手艺探索之交流机零设置上线

• 【第十一期】浅谈数据中心100G光�？�

• 【第十五期】数据中心自动化运维手艺探索之NETCONF

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