近年來，隨著全球云計算領(lǐng)域的不斷發(fā)展與業(yè)務(wù)的不斷增長，促使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不斷發(fā)展，SDN技術(shù)應(yīng)運而生，從最初的基于Openflow的轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的核心思想，人們不斷的去擴展SDN的外延，目前，人們可以達成一個共識，Openflow不再是必備條件（但轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離依然是核心條件），網(wǎng)絡(luò)可編程能力慢慢地成為衡量一套SDN架構(gòu)的重要標(biāo)準之一。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行可編程操作，一般是基于CLI與SNMP協(xié)議去進行的，腳本也好，網(wǎng)管軟件也罷，都是在此基礎(chǔ)上去進行開發(fā)，實現(xiàn)我們今天要談的廣義范圍上的網(wǎng)絡(luò)可編程能力，進而實現(xiàn)很多場景的自動化。有些設(shè)備支持一些web界面的配置，通過xml進行整體配置的替換，此類極少，本篇不做贅述。

CLI

CLI（Command-line Interface），通過命令行的方式實現(xiàn)人機交互，是網(wǎng)工必備的熟練，人們每天打開軟件ssh或者Telnet到設(shè)備，然后貼入一段配置，保存生效。有一天人們厭倦了這種重復(fù)，通過程序自動生成配置腳本，批量登錄到設(shè)備下發(fā)配置生效，實現(xiàn)自動化，這是一種網(wǎng)絡(luò)可編程的方式。說說優(yōu)點，非常符合人的思維、思路與既有的技術(shù)體系。但是說到底，這種方式更傾向于人，而非網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它有著以下一些缺點：

• 廠商之間的命令集存在巨大差異，何止是廠商，同型號不同軟件版本可能差異都非常大。
• 開發(fā)人員必須熟知命令集及其使用方法，從配置層面存在安全風(fēng)險。比如手一瓢，想開端口變成了關(guān)閉端口...
• 對傳輸協(xié)議不強制要求（SSH與Telnet），存在生產(chǎn)安全風(fēng)險
• 解析與生成配置的過程及其復(fù)雜，很多時候?qū)懙恼齽t只能是無限接近“真相”，而不是全部“真相”。
• 沒有事務(wù)性，一次配置可能部分生效，部分不生效
• 沒有自動化的檢查機制，完全依賴人。比如我想測試一下這段生成的腳本對不對，有辦法，但是很困難，很多時候難以簡單實現(xiàn)。
• 沒有數(shù)據(jù)建模的思想

CLI始終是人機交互的方式，可以通過程序可以賦予網(wǎng)絡(luò)一定的可編程能力，但它畢竟不是天生面向網(wǎng)絡(luò)可編程的一種方式。在當(dāng)今云計算與SDN的浪潮之下，不適用于網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模自動化部署，可編程能力有限，這其中的開發(fā)難度難以為外人道也。

SNMP

SNMP（SNMP，Simple Network Management Protocol），該協(xié)議能夠支持網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，用以監(jiān)測連接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是否有任何引起管理上關(guān)注的情況。它由一組網(wǎng)絡(luò)管理的標(biāo)準組成，包含一個應(yīng)用層協(xié)議（application layer protocol）、數(shù)據(jù)庫模式（database schema），和一組數(shù)據(jù)對象。

維基百科里的一段內(nèi)容，我們劃下重點，網(wǎng)絡(luò)管理，監(jiān)測，數(shù)據(jù)對象。它是用來管理網(wǎng)絡(luò)的，能配置能采集，主要用于監(jiān)測，它有數(shù)據(jù)建模，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的一些模塊、特征、狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。主要是用于網(wǎng)管系統(tǒng)（劃重點，多是監(jiān)控）。那我們也來說說它的缺點：

• 可讀性差。它偏向人機中的“機”，用起來可讀性差，建模數(shù)據(jù)也可讀性低，用的是一個ASN.1的超集。
• 安全性受限，有v1 v2c v3三個版本，安全性依次提高，但是目前最通用的是v2c，安全性有限。v3版本從設(shè)計上很安全，但是普及性。。。
• 無備份及恢復(fù)回滾等機制。命令行我們還有show run等方式備份，但snmp。。。
• 極少的寫操作。讀很多，寫很少，多用于監(jiān)控。
• 能采集的數(shù)據(jù)項有限，無法獲取整臺設(shè)備的配置。很多時候我們發(fā)現(xiàn)能用cli采集出來，但是無法用snmp采集。
• 性能有瓶頸，采集數(shù)據(jù)上限64K，采集顆粒度過大，在大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中可能是分鐘級或者更久。這個也劃下重點，我們對于顆粒度的要求也非常嚴格，很多時候希望幾秒鐘采集一次端口流量。大型網(wǎng)絡(luò)中，傳統(tǒng)的網(wǎng)管軟件，我覺得是...多展開一句，現(xiàn)在的方式是Telemetry（比如gRPC）可以實現(xiàn)微秒級，有的需要軟硬件結(jié)合才行，目前還未普及，但未來一定是趨勢，至于這個未來什么時候來..

SNMP自誕生之日，極大地被應(yīng)用在了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控領(lǐng)域，用于獲取數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，配置能力的缺失與復(fù)雜導(dǎo)致人們對其在網(wǎng)絡(luò)配置方面使用甚少。只有讀的網(wǎng)絡(luò)可編程...

Netconf協(xié)議與YANG Model

面向下一代網(wǎng)絡(luò)，我們需要什么樣的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議去更好地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程能力，提高自動化的水平？

IETF于2002年在RFC3535提出了以下幾點設(shè)想（實際有33條之多，結(jié)合網(wǎng)上資料與筆者認知，寫了以下幾條）：

1、有對網(wǎng)絡(luò)配置的可編程接口

2、同樣的配置可以跨廠商型號

3、需要統(tǒng)一可讀性良好的建模語言

4、完整的錯誤檢查及恢復(fù)功能

5、事務(wù)性

有了想法，那就去實現(xiàn)，在2006年IETF提出了Netconf協(xié)議，基于RFC3535提出的問題進行了解決。最初的Netconf只規(guī)定了協(xié)議的基本框架和操作，定義考慮RFC3535的一些問題的解決方法，沒有規(guī)定統(tǒng)一的建模語言，所以早期部分廠商的設(shè)備只是支持Netconf的一些基本操作，底層沒有使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)建模語言。

在2010年發(fā)布了RFC6020， 提出了YANG Model建模語言，以及和NETCONF 的結(jié)合方法。一個定義的是數(shù)據(jù)建模的語言統(tǒng)一各廠商之間的底層資源邏輯，一個定義的是對配置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的操作統(tǒng)一各廠商的命令集，YANG模型創(chuàng)建的數(shù)據(jù)實例包裹在Netconf協(xié)議之中傳輸，二者相互結(jié)合，構(gòu)建了一套新的基于YANG模型的使用Netconf協(xié)議驅(qū)動的新時代的通用網(wǎng)絡(luò)可編程接口。

在2016年之后，Netconf協(xié)議與YANG Model緊密結(jié)合并流行開來。至此我們再去看一些SDN架構(gòu)軟件層面的時候，多多少少聽到了這兩個名詞。

YANG 與Netconf，一個是靜，一個動，就好比陰陽，二者衍生出了下一個時代的網(wǎng)絡(luò)可編程世界。（當(dāng)我們?nèi)タ磄ithub上，YANG的倉庫時也會發(fā)現(xiàn)，它的圖標(biāo)是太極，包括它名字中與“陽”的關(guān)聯(lián)也多少透露出當(dāng)初設(shè)計者的設(shè)計思想）

我們接下來就簡單講講YANG Model與Netconf協(xié)議，我們先來講數(shù)據(jù)建模語言YANG，看看它是如何描述這個網(wǎng)絡(luò)世界的數(shù)字孿生。

YANG Model

在RFC6020的文檔中，開篇明義，YANG，A Data Modeling Language for the Network Configuration Protocol。是Yet Another Next Generation (Yang) Data Modeling Language的縮寫。它是一種建模語言，用于描述網(wǎng)絡(luò)概念的。

支持定義列表、字典、甚至更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持約束、枚舉、引用導(dǎo)入，版本管理、命名空間。由于篇幅，我們做簡單講解，詳細信息大家可以參考：

官方文檔：https://tools.ietf.org/html/rfc6020

互聯(lián)網(wǎng)博文：https://www.jianshu.com/p/ca7f5fe11fae

它可以非常簡單的用結(jié)構(gòu)化語言描述出這個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。比如對于一個端口的定義：

作為一個專業(yè)的運維人員，有點網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和一點點編程基礎(chǔ)就可比較清晰的了解端口的定義，它是一個list結(jié)構(gòu)的，可以有多個，它的一個屬性是interface-name(同時是key，唯一，不可重復(fù))，還有speed屬性和duplex屬性，他們都是字符串。
一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的很多屬性都以YANG Model去描述，包括配置狀態(tài)和運行狀態(tài)。

就這樣，YANG Model用結(jié)構(gòu)化語言描述了這個網(wǎng)絡(luò)世界。有興趣額的可以看看上面的那個互聯(lián)網(wǎng)博文，有非常深入的描述。

它可以很好的轉(zhuǎn)換成XML數(shù)據(jù)，包裹在Netconf協(xié)議之中進行傳輸（我們后續(xù)會講解）：

同時為了拉平廠商之間的差異，谷歌牽頭的Openconfig對數(shù)據(jù)模型就行了標(biāo)準化，從官網(wǎng)中我們看到這樣一行標(biāo)語“Vendor-neutral, model-driven network management designed by users”,由用戶設(shè)計的、跨廠商通用的、模型驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)編程（我么先這么翻譯吧）。簡單點說它是為了讓各廠商之間的建模是相同的，大家再去配置某些數(shù)據(jù)的時候就不用一個個去翻看各廠商的私有的yang model了。但是網(wǎng)絡(luò)總有私有協(xié)議，不同廠商總會為了“更好的用戶體驗”和“更好的商業(yè)戰(zhàn)略”去創(chuàng)造新的、更牛的私有協(xié)議（這真的是網(wǎng)絡(luò)廠商的原罪啊）。圖中是一些比較常用openconfig的yang model實現(xiàn)。

從圖中來看，我覺得還是挺多的，常用的配置比較齊全。但是實際中要看廠商是否也支持這些yang model。某科的一些高版本的設(shè)備基本都是支持的。國產(chǎn)的我暫時沒去細看。

網(wǎng)絡(luò)是不可能完全相同的，能做到大同，對于一個做網(wǎng)絡(luò)運維開發(fā)的工程師來說，已經(jīng)是謝天謝地了！

openconfig可以在

https://github.com/openconfig/public/tree/master/release/models

查找。私有的yang model 大家可以去各個官網(wǎng)查找。

Netconf協(xié)議

說完了yang model，我們來聊聊Netconf協(xié)議，yang model定義了網(wǎng)絡(luò)世界的數(shù)字描述，Netconf定義了對數(shù)據(jù)的獲取（get）與調(diào)整（config）。
Netconf對yang model描述的世界的數(shù)據(jù)yang data封裝操作，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)世界的管理。

yang data封裝在xml中，然后通過Netconf協(xié)議進行管理。它是一個分層思想很棒的協(xié)議，有層次的描述了這個協(xié)議的一些細節(jié)。我們看看上圖。

• 傳輸：Netconf是通過SSH協(xié)議傳輸，面向連接，且有安全保障。
• 消息：通過RPC進行對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠端調(diào)用，網(wǎng)管發(fā)出rpc請求，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備恢復(fù)rpc-reply。
• 操作：這是Netconf的靈魂所在，它支持get（配置及運行數(shù)據(jù)）、get-config（獲取配置數(shù)據(jù)，且一個設(shè)備可以有多個配置數(shù)據(jù)，一個running，一個startup，多個candidate候選）、edit-config（配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的參數(shù)，支持增刪改）這些常用的，還有delete-config、copy-config（復(fù)制配置到目的地，目的地可以是ftp、文件或者是正在running的配置等等）、lockunlock(對配置進行鎖定，防止多進程操作導(dǎo)致的配置沖突或者失敗等情況)等等。
• 數(shù)據(jù)：data就是xml包裹的yang data，如上圖我們所描述的那個端口一樣，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)易于編程。用來描述要配置或者刪除或者獲取的數(shù)據(jù)。

這就是Netconf的四個layer，控制端與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端通過Netconf溝通，通過傳統(tǒng)的ssh協(xié)議，用Netconf子系統(tǒng)，默認端口是830。如下圖：

這個圖用原始的ssh演示了交互，但是實際上我們是通過編程去實現(xiàn)這個過程的。編程的實現(xiàn)方式我后續(xù)會演示給大家。

Netconf配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，交互過程大致如下：

這個圖，如此low，大家也可以看出來，是我自己畫的... 我對Netconf的理解如上，網(wǎng)上很多圖，我覺得都是不太對的，server agent 很多行為都對不上。這個是我登錄設(shè)備所直觀感受的，當(dāng)然也和官方文檔是一一對應(yīng)的。

我們可以看看一些Netconf的例子：

hello，建鏈。

我們看到了幾個關(guān)鍵字，Netconf的版本，支持的YANG Model，session id。同時hello中表明我們是在什么樣的命名空間下操作，此例中是Netconf對應(yīng)版本。

獲取配置

get-cofig有一個參數(shù)是source，即獲取哪里的配置數(shù)據(jù)（running、startup 或者其他）。還有一個參數(shù)是filter，即在哪個yang model描述的數(shù)據(jù)模型獲取哪個數(shù)據(jù)。這個對應(yīng)的是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備當(dāng)初發(fā)送的capability中的。如果成功會回復(fù)對應(yīng)的配置數(shù)據(jù)。

獲取配置或者運行數(shù)據(jù)

類似get-config，但是獲取的是running配置（個人理解）或者運行數(shù)據(jù)。可以指定filter。

復(fù)制配置

復(fù)制操作兩個參數(shù)，源與目的。成功回復(fù)的是ok標(biāo)簽。

編輯配置

編輯配置的時候指定編輯的數(shù)據(jù)項，capability的命名空間及對應(yīng)標(biāo)簽，比如這個是配置dhcp的，它是有http://tail-f.com/ns/example/dhcp這個yang model所描述。

優(yōu)雅的關(guān)閉session

在ssh里來回傳輸?shù)木褪沁@種報文，我們只是把報文部分摘出來，方便大家理解。

然后簡單補充一些內(nèi)容，供參考。

• Netconf是基于session的，每次成功都會有一個session id。
• 每次請求都有message id，只要是逐漸變大即可。
• 對數(shù)據(jù)配置可以鎖定，獨占，通過lock操作。
• Netconf是事務(wù)性的，操作要么全部實現(xiàn)，要么全部不實現(xiàn)。同時根據(jù)官網(wǎng)文檔，這個事務(wù)性是針對N臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，即一次配置多態(tài)都可以支持事務(wù)性。不過我沒操作過...
• Netconf支持訂閱，看設(shè)備性能而言，數(shù)量級大概是5個session左右，我可以訂閱某數(shù)據(jù)項，當(dāng)發(fā)生變化的時候，設(shè)備會告知我。
• capability，我是這樣理解的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送的是Netconf的版本和YANG Model，控制端發(fā)送的是Netconf的版本，二者對的上Netconf版本才能繼續(xù)。這條是我的直觀感受。歡迎指教。
• get edit等操作會指定要改的數(shù)據(jù)，用filter可以過濾。
• copy-config支持把一個配置全集從某處復(fù)制到某處，某處可以是FTP File，設(shè)備上的running、startup、candidate配置。
• Netconf還支持對配置的驗證，使用validate操作。

本文還是希望做到科普，具體細節(jié)不做贅述，大家可以去看看RFC的相關(guān)協(xié)議，其實不是很長。

在實際中基于一些開源的軟件，比如python的ncclient，我們可以非常方便的對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行自動化配置，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程。這就是Netconf與YANG Model的使命所在。

網(wǎng)絡(luò)人員閱讀格式良好的YANG Model定義，基于Netconf定義的操作，使用相關(guān)的編程語言對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行可編程操作。通過這種方式鑄就網(wǎng)絡(luò)可編程的道路。

我們再去擴展的想象一下，YANG Model已經(jīng)定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們可以通過Netconf去操作，那是不是也可以通過其他協(xié)議去操作呢？

答案是肯定的，實際上后續(xù)也從Netconf衍生出了很多其他的協(xié)議，比如RESTConf。如下圖，

YANG Model（public與native）定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，之上是新的網(wǎng)管協(xié)議，Netconf、RESTCon、gRPC等等。這樣我們可以通過基于HTTP RESTful API的RESTConf對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作，也可以通過基于SSH的Netconf對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作，也可以通過基于HTTP2.0的gRPC對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作，他們都是基于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)良好的YANG Model，編寫對應(yīng)的data，封裝到xml或者json當(dāng)中對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備編程，這就是未來的網(wǎng)絡(luò)可編程之路，準確點說，是Model Driven Program，基于模型的網(wǎng)絡(luò)可編程。網(wǎng)工逐步的關(guān)注于設(shè)備的參數(shù)，而不是命令集，通過閱讀對應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，對網(wǎng)絡(luò)進行參數(shù)配置。

寫在最后，我為什么要開這個公眾號。本人上學(xué)期間學(xué)的是計算機科學(xué)與技術(shù)，步入職場后，進行的是網(wǎng)絡(luò)運維工作，想想分團隊原因可能是我研究生是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院導(dǎo)致的（手動滑稽），從最開始的網(wǎng)絡(luò)運維到后期通過工具基于CLI去簡化工作，提高效率，后逐步將工具開發(fā)成BS架構(gòu)的web應(yīng)用，不斷接觸新技術(shù)，后續(xù)不斷豐富新功能，有幸趕上了開源技術(shù)與SDN的發(fā)展，逐步轉(zhuǎn)型做了NetDevOps方面的工作，用自己的編程能力為團隊提高運維能力，自己也樂于這一行行代碼的編寫中。隨著編寫的不斷深入，逐步發(fā)現(xiàn)，NetDevOps應(yīng)該是一個未來每個網(wǎng)工應(yīng)該具備的技能（眾人拾柴火焰高），這樣才能即高屋建瓴又可快速實現(xiàn)。反觀網(wǎng)絡(luò)上的一些資料，說實話國內(nèi)非常少，國內(nèi)的氛圍也不是很強，國內(nèi)的很多軟件都是基于老的CLI后者snmp，大家工作還是在用文本工具和SSH工具。于是希望自己能夠授人以漁，將自己的經(jīng)驗（坑）和技能分享給更多的網(wǎng)絡(luò)運維工程師，盡自己的一點綿薄之力。小處說，你能學(xué)點東西減少自己的工作量，著眼遠處，國內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)運維能真正向自動化方向演進。

后續(xù)會錄一些視頻和編寫一些文章，寫一個文檔，感覺真費勁，歡迎訂閱收藏點擊喜歡在看之類的。

附錄：

Netconf常見的operation

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于python的modbus协议编程_通往未来的网络可编程之路：Netconf协议与YANG Model的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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