虛擬應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)VAN中的自動化管理技術(shù)
來源：C114中國通信網(wǎng)
作者：陸毅、胡小龍
摘要： 移動互聯(lián)、電子商務(wù)、電子政務(wù)的巨大需求推動著虛擬化、大數(shù)據(jù)、云計算、SDN等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。與此同時，為承接越來越多變的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，設(shè)備種類和數(shù)量也都極大增長，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運維和管理方式開始顯得“捉襟見肘”，難以應(yīng)付。針對這樣的局面，人們會想，網(wǎng)絡(luò)能不能變得更簡單、更貼近應(yīng)用一些？答案就是——VAN（Virtual Application Network，虛擬應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)）。H3C VAN，就是通過虛擬化的方式將復(fù)雜的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)抽象出來成為一些基本的元素，通過自動化和可編程的管理平臺讓這些網(wǎng)絡(luò)元素有機地按照上層應(yīng)用的需求靈活地調(diào)度。
Abstract：
Key words :
移動互聯(lián)、電子商務(wù)、電子政務(wù)的巨大需求推動著虛擬化、大數(shù)據(jù)、云計算、SDN等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。與此同時，為承接越來越多變的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，設(shè)備種類和數(shù)量也都極大增長，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的運維和管理方式開始顯得“捉襟見肘”，難以應(yīng)付。針對這樣的局面，人們會想，網(wǎng)絡(luò)能不能變得更簡單、更貼近應(yīng)用一些？答案就是——VAN（Virtual Application Network，虛擬應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)）。H3C VAN，就是通過虛擬化的方式將復(fù)雜的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)抽象出來成為一些基本的元素，通過自動化和可編程的管理平臺讓這些網(wǎng)絡(luò)元素有機地按照上層應(yīng)用的需求靈活地調(diào)度。
具體來說，在網(wǎng)絡(luò)的開局階段通過“零配置管理”等技術(shù)使大批量設(shè)備的開局更為簡單和高效；在運維和業(yè)務(wù)調(diào)整時提供NetConf、自動化腳本等技術(shù)，維護者只需輕點鼠標(biāo)即可完成網(wǎng)絡(luò)的“隨需而變”；如果出現(xiàn)設(shè)備故障，H3C還有嵌入式自動化技術(shù)使設(shè)備更智能，能夠自己處理簡單的故障。
1 Zero-Configuration零配置管理
所謂零配置管理方案，即在網(wǎng)絡(luò)管理員與現(xiàn)場設(shè)備零接觸的情況下，設(shè)備上電后自動完成遠程設(shè)備的業(yè)務(wù)下發(fā)及配置維護。
早在2004年，DSL論壇（現(xiàn)已改名Broadband論壇）推出了TR069技術(shù)規(guī)范，用以實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)、路由器、機頂盒等設(shè)備的集中管理?；谠搮f(xié)議，初始安裝時，用戶設(shè)備會自動尋找管理服務(wù)器，建立連接后即可與服務(wù)器通信，實現(xiàn)自動配置升級、軟件版本管理、狀態(tài)監(jiān)控及故障診斷。如圖1所示。
圖1 TR069協(xié)議
在TR069協(xié)議的基礎(chǔ)上，Zero-Configuration零配置管理方案進行了創(chuàng)新，通過DHCP報文來實現(xiàn)管理服務(wù)器的IP地址以及用戶名、密碼等信息的傳遞，從而實現(xiàn) “零配置”。如圖2所示，在零配置管理服務(wù)器（BIMS）上預(yù)先制定設(shè)備配置策略，遠程的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需任何配置，上電后向DHCP服務(wù)器請求IP地址，DHCP服務(wù)器在向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備反饋IP地址的同時，提供管理服務(wù)器的訪問地址。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備隨即通過TR069協(xié)議向服務(wù)器發(fā)起配置請求，服務(wù)器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的類型或序列號下發(fā)相應(yīng)的配置內(nèi)容，完成自動配置。
圖2 Zero-Configuration零配置管理方案
在數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，設(shè)備數(shù)量多，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)復(fù)雜，配置難度較大，尤其是接入層的設(shè)備規(guī)模非常龐大，而且通常處于同一層次的接入設(shè)備的業(yè)務(wù)配置基本相同，管理員將身陷單調(diào)的重復(fù)勞動中，且出錯率高，同時在浩瀚的設(shè)備叢中發(fā)現(xiàn)某一處配置錯誤非常困難。
針對數(shù)據(jù)中心的零配置管理方案基于物理位置對設(shè)備進行預(yù)先的配置規(guī)劃，從數(shù)據(jù)中心拓撲到機房拓撲甚至到機架拓撲，管理員在虛擬的管理界面上如同身臨實際的機房，對機架上的每一個虛擬設(shè)備使用幾個固定的配置模板進行直觀地預(yù)配置，即可將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃批量地落實到位。接下來管理員只需要等待設(shè)備入場，隨著繼電器清脆的上電聲，看著設(shè)備自動“走”上工作崗位并納入到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的管理中就可以了。如圖3所示。
圖3 數(shù)據(jù)中心零配置管理方案
針對分支企業(yè)的零配置管理方案充分考慮了跨越Internet的應(yīng)用場景，采用TR069協(xié)議進行業(yè)務(wù)管理，天生具備對動態(tài)IP地址設(shè)備的管理能力，如圖4。管理員可以足不出戶，在總部機房進行全網(wǎng)設(shè)備的規(guī)劃和預(yù)配置策略的制訂，分散在全國乃至全球各地的遠程分支設(shè)備上電后自行向總部獲取配置，并實現(xiàn)企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和業(yè)務(wù)的發(fā)放，無需企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)人員的參與，降低了對企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)管理人員的要求，免去了總部技術(shù)人員滿天飛的窘境。
圖4 廣域分支網(wǎng)絡(luò)零配置管理方案
針對普遍跨越Internet互聯(lián)的企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)，零配置管理方案提出了基于IPSec VPN方式的接入模式，有效保障網(wǎng)絡(luò)的安全性，如圖5所示。通過零配置管理系統(tǒng)與IPSec VPN管理系統(tǒng)的聯(lián)動，由IPSec VPN管理系統(tǒng)制訂IPSec VPN服務(wù)模板，對分支企業(yè)進行內(nèi)網(wǎng)的規(guī)劃，由零配置管理系統(tǒng)的策略分發(fā)中心實現(xiàn)對企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)的自動化零配置部署，同時建立IPSec隧道，實現(xiàn)企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)與總部的安全互聯(lián)。另一方面，方案考慮分支企業(yè)IT技術(shù)的欠缺和整網(wǎng)的統(tǒng)一管理，在IPSec隧道建立后可直接將分支企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)由總部進行統(tǒng)一托管，由總部網(wǎng)絡(luò)管理人員對各分支網(wǎng)絡(luò)進行全面的監(jiān)控，通過多緯度的報表展示企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的出口流量、故障趨勢、服務(wù)質(zhì)量、子網(wǎng)資產(chǎn)等信息，實現(xiàn)對企業(yè)分支網(wǎng)絡(luò)的深入管理。
圖5 廣域分支零配置管理與IPSec VPN業(yè)務(wù)聯(lián)動方案
除了針對各種場景下的配置管理，Zero-Configuration零配置管理方案還具有豐富的開放性，可以方便地與iMC智能管理中心家族中的其他業(yè)務(wù)模塊（MPLS VPN管理、QoS管理、EAD終端準(zhǔn)入管理等）融合，將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特性與零配置管理方案業(yè)務(wù)配置模式相結(jié)合，實現(xiàn)“1+1>2”的效果。
2 NETCONF
IETF在2003年5月成立了Netconf工作組，該工作組主要是為了提出一個全新的基于XML的網(wǎng)絡(luò)配置（NETCONF）協(xié)議而成立的。該工作組已于2006年12月通過了NETCONF協(xié)議的基本標(biāo)準(zhǔn)RFC4741-4744。
NETCONF允許查詢設(shè)備的運行和配置數(shù)據(jù)，允許修改設(shè)備的配置數(shù)據(jù)。使用NETCONF，設(shè)備可以發(fā)布一套完整的編程接口（API），管理客戶端使用這套API即可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自動化管理。
NETCONF使用XML語言來完成配置過程數(shù)據(jù)和協(xié)議消息的交互，所有NETCONF的請求和應(yīng)答都使用XML描述。基于XML數(shù)據(jù)交換，使它具有了強大的跨平臺通訊能力。同ISO/OSI一樣，NETCONF協(xié)議也采用了分層結(jié)構(gòu)，NETCONF協(xié)議分成四層：內(nèi)容層、操作層、RPC層和通信協(xié)議層，如圖6所示：
圖6 NETCONF分層
l 通信協(xié)議層為NETCONF提供面向連接的、可靠的、順序的數(shù)據(jù)鏈路。NETCONF協(xié)議本身并不包含數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，但定義了一系列推薦的數(shù)據(jù)通訊層協(xié)議，有console、SSH、BEEP、HTTPS、TELNET等。
l RPC層提供了一個簡單的、傳輸協(xié)議無關(guān)的機制，通過使用<rpc>和<rpc-reply>元素分別對操作層和內(nèi)容層的內(nèi)容進行封裝。
l 操作層（Operations）定義了一系列在RPC中應(yīng)用的基本的原語操作，用來完成不同的網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控動作，這些操作將組成NETCONF的基本能力。H3C Comware V7在此基礎(chǔ)上進行協(xié)議操作擴展，以提高協(xié)議操作的易用性。
l 內(nèi)容層定義管理對象的集合，可以是配置數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、統(tǒng)計信息等。
NETCONF協(xié)議定義了數(shù)據(jù)獲取的子樹過濾（Sub tree）機制，為用戶提供靈活的數(shù)據(jù)獲取過濾手段。Comware V7在此基礎(chǔ)上，擴展了正則表達式過濾和簡單匹配過濾，進一步增加了NETCONF數(shù)據(jù)過濾的操作易用性。
NETCONF協(xié)議支持向設(shè)備訂閱管理節(jié)點關(guān)心的系統(tǒng)日志事件。即，只要設(shè)備有符合訂閱條件的日志事件產(chǎn)生，設(shè)備就會將日志信息以NETCONF事件的方式通知給管理節(jié)點。通過事件訂閱機制，管理節(jié)點能夠?qū)崟r響應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)變化，做出快速的反應(yīng)，大大提高了管理節(jié)點的監(jiān)控能力。
NETCONF采用XML進行管理者和代理者之間的數(shù)據(jù)傳輸和模塊表達，并且兼顧監(jiān)控和故障管理，安全驗證和訪問控制，可擴展性強。它將配置數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)分開，避免了操作時對不相關(guān)的數(shù)據(jù)進行的多余處理，例如可以避免對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行的配置操作，進一步提高了操作的效率。它不僅定義了多種取值和配置操作，還定義了錯誤回滾等多種能力，并且支持能力的添加，具有較強的擴展性，可滿足各種大型異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的配置需求。NETCONF規(guī)定必須采用安全的面向連接的通信傳輸方式，相比起SNMP采用UDP進行傳輸?shù)姆绞絹碚f，進一步加強了系統(tǒng)的安全性，同時也避免了UDP傳輸數(shù)據(jù)最大值的局限性。NETCONF解決了SNMP和CLI在配置等方面的先天性不足。同時，通過將XML技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)管理當(dāng)中來，能夠安全高效地處理大批量的數(shù)據(jù)傳輸。
3 自動化腳本
TCL和python都是業(yè)界廣泛使用的腳本語言，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持這些腳本語言，可以大大降低網(wǎng)絡(luò)管理員的學(xué)習(xí)成本，利用這些腳本語言，網(wǎng)絡(luò)管理員可以實現(xiàn)高度自動化的管理。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持腳本語言通常都遵循如圖7的體系結(jié)構(gòu)：
圖7 自動化腳本架構(gòu)
用戶腳本由腳本解釋器解釋執(zhí)行，腳本解釋器內(nèi)嵌在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)的內(nèi)部。TCL和Python都有各自獨立的腳本解釋器。除了用戶自行編寫的腳本，還可以使用業(yè)界開源或者第三方開發(fā)的腳本庫或者工具。腳本的解釋和執(zhí)行是在一個安全上下文內(nèi)進行的，可以有效避免非授權(quán)的惡意攻擊。
在大型機構(gòu)里，大量的接入設(shè)備的配置一般都具有很大的相似性，但又不完全相同，不能通過簡單的復(fù)制粘貼copy其他設(shè)備的配置文件。業(yè)務(wù)有變更需要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置進行修改時，如果不使用自動化技術(shù)，需要逐一手工對每臺設(shè)備進行配置，耗時非常長且容易出錯；而通過自動化腳本可以對大批的設(shè)備進行批量配置，既縮短了變更時間、出錯的概率也大大降低。
4 嵌入式自動化技術(shù)
嵌入式自動化技術(shù)主要是對設(shè)備內(nèi)部事件進行監(jiān)控，事件發(fā)生時執(zhí)行用戶定義策略。針對一些特定類型的故障，通過嵌入式自動化技術(shù)，維護人員可以預(yù)先定義故障處理的方法，一旦發(fā)生該類故障，設(shè)備自動執(zhí)行預(yù)先定義好的故障處理策略，從而提高故障處理的效率。下文主要以H3C RTM（Real-Time event Manager）技術(shù)為例進行說明。
RTM是一種嵌入式設(shè)備上內(nèi)嵌的、實時的策略驅(qū)動的模型。用戶通過策略訂閱感興趣的實時事件。事件發(fā)生時，執(zhí)行策略中制定的動作。RTM可用來實時監(jiān)控設(shè)備，當(dāng)故障發(fā)生時能及時的收集第一現(xiàn)場信息，并采取故障診斷、故障恢復(fù)、匯總上報等措施。例如RTM與SCM聯(lián)動，監(jiān)控進程的啟動和停止，衡量系統(tǒng)的可靠性，并采取更靈活的策略。如圖8所示。
圖8 嵌入式自動化技術(shù)架構(gòu)
RTM是一種開放的架構(gòu)，可以很容易的將事件源添加到RTM框架中。RTM目前支持7種事件源。其它事件源也將會陸續(xù)添加到RTM框架中。
有匹配的事件發(fā)生時，RTM可以執(zhí)行用戶配置的一個動作或者多個動作。RTM目前支持的動作主要有：CLI、syslog、trap、switch-over、reboot等*。CLI是指執(zhí)行任一命令行；syslog和trap是向網(wǎng)管發(fā)送特定消息；switch-over可以實現(xiàn)主備自動倒換；reboot可以實現(xiàn)對單獨板卡或者整個設(shè)備的重新啟動。
RTM是一種開發(fā)的框架，很容易將動作添加到RTM框架中。熟悉Comware CLI的用戶可以選擇使用Comsh script訂閱事件。RTM也支持完整的TCL8.5語法，并在此基礎(chǔ)上做了適當(dāng)擴展，使用TCL可以編寫出更為靈活且功能強大的策略腳本。RTM框架對策略腳本執(zhí)行的安全性做了特別考慮。只有管理員或授權(quán)用戶才可注冊策略腳本，而且只有注冊的策略腳本才會生效運行。策略腳本一旦被篡改，則不能再運行。
5 結(jié)論
在網(wǎng)絡(luò)日益復(fù)雜的環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)管理承受著大量挑戰(zhàn)。通過“零配置”管理讓大量設(shè)備的開局能在短時間內(nèi)完成，使得新機房、新業(yè)務(wù)上線時間大大縮短。通過NETCONF網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，用戶可以使用API深度定制網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，將不同廠商的設(shè)備統(tǒng)一管理起來。自動化腳本技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)管理腳本（甚至工具）共享成為可能，使一些低效的、繁瑣的、機械的網(wǎng)絡(luò)管理操作變成自動化的高效操作。嵌入式自動化技術(shù)使管理員能實時監(jiān)控設(shè)備，并在第一時間進行信息收集和故障恢復(fù)嘗試，大大減少了網(wǎng)絡(luò)故障時間。
隨著自動化管理技術(shù)的不斷進步，網(wǎng)絡(luò)管理在“化繁為簡”的同時，網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度的靈活性也極大提高了，從而使“隨需而動”成為可能。
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