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使用IaC实现简单的网络自动化

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基础架构即代码意味着编写代码来配置，管理和部署IT基础架构，这种概念以下几项关键原则：

  • 可再生性：基础环境中的任意元素可以再现，复制。
  • 一致性：无论何时，创建在环境各个元素的配置是完全相同的。
  • 快速反馈：能够频繁、简单地进行变更。
  • 可见性：所有对环境的变更都更易读、可接受版本控制的管理。

通过IaC，可以将基础设施中的元素和配置标准化、自动化，将基础设施作为软件开发流程中的一个功能，一段代码，实现基础设施的pipeline，从而最终实现CI/CD，NetOps以及DevOps。

本文主要描述配置的声明以及下发示例，通过Ansible和Terraform两种IaC工具，通过Netconf over SSH协议对正在运行JunOS的网络设备进行配置的下发，后期会慢慢记录Pipeline的实现（还没弄）。

用到的协议和工具

  • Netconf

    NETCONF是IETF定义的“安装，操作和删除网络设备的配置”的协议。NETCONF操作是使用XML编码在远程过程调用（RPC）层之上实现的，并且提供了一组基本操作来编辑和查询网络设备上的配置。

    在NETCONF之前，CLI脚本是对网络进行自动配置更改的主要方法。CLI脚本具有一些局限性，包括缺乏事务管理，没有结构化的错误管理以及不断变化的命令结构和语法，这使得脚本脆弱且维护成本很高。这些都是因为CLI旨在供人类使用而不是用于程序访问的API的基本事实的所有副作用。

    NETCONF协议旨在解决配置管理的现有实践和协议的缺点。在2002 IAB网络管理研讨会的RFC 3535概述中记录了设计阶段之前的背景工作。该工作的设计目标包括：

    • 配置和状态数据之间的区别
    • 多个配置数据存储（候选，运行，启动）
    • 配置变更交易
    • 配置测试和验证支持
    • 通过过滤进行选择性数据检索
    • 流和事件通知的播放
    • 可扩展过程调用机制

  • Ansible

    Ansible是一个简单的开源软件自动化平台，负责应用程序部署，配置管理，临时任务执行和多节点编排。Ansible本身是用Python编写的，学习曲线相当小。Ansible遵循简单的设置过程，并且不依赖于任何其他软件，服务器或客户端守护程序。它通过SSH管理节点，并且默认情况下是并行的。

  • Terraform

    是一个IT基础架构自动化编排工具，可以用代码来管理维护IT资源（暂时没有支持JunOS的provider，希望官方或大佬完善，目前只在Github找到一个简单的实现，这里用作示范）。

  • PyEZ

    Junos PyEZ是Python的微框架，使您可以管理和自动化运行Junos操作系统（Junos OS）的设备。 Junos PyEZ旨在在为自动化任务构建的环境中提供用户在Junos OS命令行界面（CLI）上所具有的功能。

环境准备

https://blog-image.nos-eastchina1.126.net/g200220.png

图片摘自Juniper.net

资源

虽然Terraform可以跨平台，但是Ansible并不支持Windows，所以我们要准备一台Linux（有Macbook就不用啦，逃。

所以我们需要准备以下资源：

  1. 一台非Windows系统的Controller
  2. 一个运行着JunOS的机器（我这边下载一个vSRX）
  3. 一个可以互相通信的网络

对应的IP地址：

组件 OS IP
Ansible&&Terraform控制节点 CentOS7 192.168.1.139
Juniper vSRX FreeBSD 192.168.1.105

前期配置

对于控制节点

所有的请求需要基于SSH协议，虽然Ansible支持在配置文件中声明主机密码变量以及交互式输入密码，但由于JunOS运行在BSD系统上，为了减少奇怪的问题，所以配置SSH免密登陆（生产环境也建议这样）

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## 生成SSH认证密钥对
ssh-keygen 
## 安装软件Ansible所需的软件,pip版本取决于Ansible使用哪个版本的Python解释器，CentOS7默认是python2
yum -y install python ansible python2-pip python3-pip 
## 安装 pip模块
pip install ncclient netconf junos-eznc jxmlease
## 安装 Juniper.junos 的ansible-galaxy Role
ansible-galaxy install git+https://github.com/Juniper/ansible-junos-stdlib.git,,Juniper.junos
## terraform 安装略，二进制文件，直接放在$PATH里面就可以。

对于vSRX

控制节点已事先SSH密钥对。

所有的请求需要基于SSH协议，所以需要先开启SSH，以及Netconf，以及一个专用于Netconf的用户，这里临时使用root用作演示，生产环境请不要使用root，应单独声明用户Netconf的用户，且不支持密码登陆，仅允许SSH密钥登陆。

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## 开启SSH
## cli模式下执行
configure ## 软件配置模式
set system services ssh
set system services netconf ssh 
set system services ssh root-login allow ## 生产请勿使用root
commit ## 提交
start shell ## 进入shell模式
## shell模式下执行
scp 192.168.1.139:/root/.ssh/id_rsa.pub /tmp/ ## copy公钥到本地
cli ## 进入cli模式
## cli模式下执行
configure ## 软件配置模式
set system root-authentication load-key-file /tmp/id_rsa.pub ## 免密登陆
## 非root用户请执行：set system login user ...
commit ## 提交

现在使用控制节点测试root登陆是否已经不需要输入密码

Ansible配置

ansible主要有两个配置文件：

  1. ansible.cfg ,Ansible的配置文件，定义Ansible的行为。未指定的情况下，默认使用/etc/ansible/ansible.cfg
  2. hosts，Ansible的清单文件，用来描述受管节点信息。未指定的情况下，默认使用/etc/ansible/hosts

首先我们先修改/etc/ansible/ansible.cfg 指定刚才生成的SSH密钥：

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## if set, always use this private key file for authentication, same as
## if passing --private-key to ansible or ansible-playbook
private_key_file = /root/.ssh/id_rsa

然后将vSRX声明到/etc/ansible/hosts这个默认的清单文件中：

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[junos]
192.168.1.105
[junos:vars]
ansible_connection=netconf
ansible_network_os=junos
ansible_user=root
ansible_ssh_common_args='-o ProxyCommand="ssh -W %h:%p -q bastion01"'

这里我定义了一个名为junos的group，包含一台主机，主机的IP地址是192.168.1.105，同时定义了仅对junos这个group生效的变量。

Playbook

Ansible的Playbook是yaml格式的声明式文本文件，可以定义多项操作，下面几个示例可以体验一下。

首先玩个玩具，也是最简单的，登陆设备的横幅：

写一个，Welcome To HIT-IDC，这时候需要一个神器，ascii Generator。输入想要变成ASCII的文字，然后粘贴到文本中，命名为/opt/junos-ansible/banner.cfg。

然后写一个简单playbook，命名为banner.yaml

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- name: Gather facts from Junos devices
  hosts: junos
  connection: netconf
  gather_facts: no
  tasks:
  - name: Configure banner from file
    junos_banner:
      banner:  motd
      text: "{{ lookup('file', '/opt/junos-ansible/banner.cfg') }}"
      state: present

我们执行这个剧本。

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ansible-playbook banner.yaml

现在登陆设备，

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Last login: Fri Dec 13 17:30:53 2019 from 192.168.1.171
--- JUNOS 19.3R2.9 Kernel 64-bit  JNPR-11.0-20191120.0ebd4bf_buil



||   / |  / /
||  /  | / /  ___     //  ___      ___      _   __      ___
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||/ / |  / //       // //       //   / / // / /  / / //
|  /  | / ((____   // ((____   ((___/ / // / /  / / ((____


 /__  ___/
   / /   ___
  / /  //   ) )
 / /  //   / /
/ /  ((___/ /

             ___   ___               ___   ___
    //    / /   / / /__  ___/           / /    //    ) ) //   ) )
   //___ / /   / /    / /              / /    //    / / //
  / ___   /   / /    / /      ____    / /    //    / / //
 //    / /   / /    / /              / /    //    / / //
//    / / __/ /___ / /            __/ /___ //____/ / ((____/ /test_user1@juniper-vsrx-01>

test_user1@juniper-vsrx-01>
升级JunOS

首先下载对应的包放在本地，当然也可以放在设备的文件系统上，这个看需求，示例中放在本地：

将文件放在/opt/junos-ansible/junos-vsrx-x86-64-19.3R2.9.tgz。

然后再次编写一个playbook，名为install-os.yaml

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- name: Install Junos OS ## 剧本名称
  hosts: junos  ## 配置的组
  roles:
    - Juniper.junos  ## 调用的roles
  connection: netconf ## 连接方式
  gather_facts: no

  vars:     ## 变量，不解释了
    OS_version: "19.3R2.9"
    OS_package: "junos-vsrx-x86-64-19.3R2.9.tgz"
    pkg_dir: "/opt/junos-ansible"
    log_dir: "/var/log/ansible"
    netconf_port: 830
    wait_time: 3600

  tasks:  ## 定义多个任务
    - name: Checking NETCONF connectivity ## 任务名称
      wait_for:
        host: "{{ inventory_hostname }}"
        port: "{{ netconf_port }}"
        timeout: 5
    - name: Install Junos OS package  ## 任务名称
      juniper_junos_software: ## 调用的modules
        version: "{{ OS_version }}" ## 传入vars中定义的变量值
        local_package: "{{ pkg_dir }}/{{ OS_package }}" ## 包的路径
        reboot: true ## 是否重启
        validate: true ## 是否验证
        cleanfs: true ## 是否清理文件系统
        logfile: "{{ log_dir }}/software.log" ## 日志位置
      register: sw
      notify:
      - wait_reboot

    - name: Print response
      debug:
        var: response

  handlers:
    - name: wait_reboot
      wait_for:
        host: "{{ inventory_hostname }}"
        port: "{{ netconf_port }}"
        timeout: "{{ wait_time }}"
      when: not sw.check_mode

我在playbook中描述了大概的注释，运行的时候，请先把注释删除。

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ansible-playbook install-os.yaml

不知道vSRX什么情况，不能升级，但是我在硬件设备都成功了。

现在可以看到，JunOS已经倒计时重启，开机后可以执行show version

创建用户

这里我们将演示如何创建用户：

编写名为user.yaml的playbook：

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- name: Create User On Junos OS
  hosts: junos
  roles:
    - Juniper.junos
  connection: netconf
  gather_facts: no

  tasks:
    - name: Create list of users
      junos_user:
        aggregate:
          - {name: test_user1, full_name: test_user2, role: operator, state: present}
          - {name: test_user2, full_name: test_user2, role: read-only, state: present}
    - name: set user1 password
      junos_user:
        name: test_user1
        role: super-user
        encrypted_password: "{{ 'my-passwordsdf' | password_hash('sha512') }}"
        state: present
    - name: set user2 password
      junos_user:
        name: test_user2
        role: super-user
        encrypted_password: "{{ 'my-password43' | password_hash('sha512') }}"
        state: present

然后执行这个playbook

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ansible-playbook user.yaml

这将在名为junos的group中创建这些用户，并设置角色和密码。

playbook运行完成后，可以登陆设备测试。

配置变更

这里再次编写playbook，命名为get-config.yaml：

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- name: "Get Junos OS configuration."
  hosts: junos
  roles:
    - Juniper.junos
  connection: netconf
  gather_facts: no

  tasks:
    - name: "Get committed configuration"
      juniper_junos_config:
        retrieve: "committed"
      register: response
    - name: "Print result"
      debug:
        var: response

这将获取设备的配置的信息，也可以将其保存为其他格式：

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- name: "Get Junos OS configuration."
  hosts: junos 
  roles:
    - Juniper.junos
  connection: netconf
  gather_facts: no

  tasks:
    - name: "Get configuration in XML format"
      juniper_junos_config:
        retrieve: "committed"
        format: "xml"
      register: response
    - name: "Print result"
      debug:
        var: response

也可以保存到文件:

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- name: "Get Junos OS configuration."
  hosts: junos 
  roles:
    - Juniper.junos
  connection: netconf
  gather_facts: no

  tasks:
    - name: "Get selected configuration hierarchies and save to file"
      juniper_junos_config:
        retrieve: "committed"
        filter: "system/services"
        dest_dir: "{{ playbook_dir }}"

这将保存过滤后的配置信息到本地，内容如下：

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system {
    services {
        ssh {
            root-login allow;
            sftp-server;
            hostkey-algorithm {
                ssh-rsa;
                no-ssh-ecdsa;
            }
        }
        netconf {
            ssh;
        }
        web-management {
            http;
        }
    }
}

也可以对交换机执行set以及delete类的配置

编写示例文件config-irb.10.yaml:

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- name: "Get Junos OS configuration."
  hosts: junos
  roles:
    - Juniper.junos
  connection: netconf
  gather_facts: no

  tasks:
  - name: load configure lines into device
    junos_config:
      lines:
        - set interfaces ge-0/0/1 unit 0 description "Test interface"
        - set vlans vlan01 description "Test vlan"
      comment: update config

  - name: Set routed VLAN interface (RVI) IPv4 address
    junos_config:
      lines:
        - set vlans vlan01 vlan-id 1
        - set interfaces irb unit 10 family inet address 10.0.0.1/24
        - set vlans vlan01 l3-interface irb.10

  - name: Check correctness of commit configuration
    junos_config:
      check_commit: yes

然后让我们登陆到JunOS上查看配置是否已经生效：

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show |compare rollback 1

回显如下：

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[edit interfaces]
+   irb {
+       unit 10 {
+           family inet {
+               address 10.0.0.1/24;
+           }
+       }
+   }
[edit vlans vlan01]
+   vlan-id 1;
+   l3-interface irb.10;

不多介绍功能了，这些功能主要是名为Juniper.junos的Ansible-Galaxy Role，以及Ansible的junos模块，这些依赖于netconf以及JunOS PyEz，以下是对应的文档地址：

Ansible Junos

Ansible-Galaxy Juniper.junos

Docs for Juniper.junos

具体参数可以查看这几份文档。

Terraform 丝滑体验

Ansible虽然算是比较简单的了，但是对于Jinja2 模板变量的编写还是相对难上手的，但Terraform的变量声明可以算是一股清流。

逛论坛和Google半个月也没找到有关Juniper的Terraform Provider，社区插件都没有，Github上倒是找到了一个，不过不太完美，不敢用在生产，这里只做演示，希望以后官方或社区可以贡献一份生产可用的Terraform Provider。

安装Terraform

  • 下载二进制文件

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    curl -O https://releases.hashicorp.com/terraform/0.12.18/terraform_0.12.18_linux_amd64.zip

  • 解压到/usr/sbin/

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    unzip terraform_0.12.18_linux_amd64.zip -d /usr/sbin/

  • 测试执行terraform --version

安装Junos Priovider（不建议生产，非官方，非社区插件）

  • 下载二进制文件

  • 解压到/usr/sbin/

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    tfPath=$(which terraform | rev | cut -d'/' -f2- | rev)
tar -zxvf terraform-provider-junos*.tar.gz -C ${tfPath}

配置 Terraform的JunOS Provider

与Ansible相同，需要在运行JunOS的设备上开启ssh以及netconf：

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set system services netconf
set system login user netconf uid 200?
set system login user netconf class xxx
set system login user netconf authentication load-key-file /tmp/id_rsa.pub

Terraform会读取当前目录下的所有以.tf结尾的文件。

首先先创建一个目录：

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mkdir -pv /opt/terraform-junos-example
cd /opt/terraform-junos-example
touch junos-example.tf

现在开始声明 junos-example.tf文件：

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## Configure the Junos Provider
provider "junos" {
  ip         = "192.168.1.105"
  username = "root"
  sshkeyfile = "/root/.ssh/id_rsa"
}

## Add a application
resource junos_application "mysql" {
  name             = "mysql"
  protocol         = "tcp"
  destination_port = "3306"
}

## Add a set of applications
resource junos_application_set "ssh_telnet" {
  name         = "ssh_telnet"
  applications = ["junos-ssh", "junos-telnet"]
}

## Configure interface of switch
resource junos_interface "interface_switch_demo" {
  name         = "ge-0/0/0"
  description  = "interfaceSwitchDemo"
  trunk        = true
  vlan_members = ["100", "101"]
}

## Add a vlan
resource junos_vlan "blue" {
  name        = "blue"
  description = "blue-10"
  vlan_id     = 10
}

## Configure a L3 interface on Junos Router or firewall
resource junos_interface "interface_fw_demo" {
  name         = "ge-0/0/0"
  description  = "interfaceFwDemo"
  vlan_tagging = true
}
resource junos_interface "interface_fw_demo_100" {
  name        = "${junos_interface.interface_fw_demo.name}.100"
  description = "interfaceFwDemo100"
  inet_address {
    address = "192.0.2.1/25"
  }
}

## Add a destination nat pool
resource junos_security_nat_destination_pool "demo_dnat_pool" {
  name    = "ip_internal"
  address = "192.0.2.2/32"
}

## Add a destination nat
resource junos_security_nat_destination "demo_dnat" {
  name = "dnat_from_untrust"
  from {
    type  = "zone"
    value = ["untrust"]
  }
  rule {
    name                = "nat_192_0_2_129"
    destination_address = "192.0.2.129/32"
    then {
      type = "pool"
      pool = "pool_trust"
    }
  }
}


## Add a source nat pool
resource junos_security_nat_source_pool "demo_snat_pool" {
  name    = "ip_external"
  address = ["192.0.2.129/32"]
}
## Add a source nat
resource junos_security_nat_source "demo_snat" {
  name = "nat_from_trust_to_untrust"
  from {
    type  = "zone"
    value = ["trust"]
  }
  to {
    type  = "zone"
    value = ["untrust"]
  }
  rule {
    name = "nat_192_0_2_0_25"
    match {
      source_address = ["192.0.2.0/25"]
    }
    then {
      type = "pool"
      pool = "pool_untrust"
    }
  }
}

## Add a static nat
resource junos_security_nat_static "demo_nat" {
  name = "nat_from_trust"
  from {
    type  = "zone"
    value = ["trust"]
  }
  rule {
    name                = "nat_192_0_2_0_25"
    destination_address = "192.0.2.0/25"
    then {
      type   = "prefix"
      prefix = "192.0.2.128/25"
    }
  }
}

## Add a security policy
resource junos_security_policy "demo_policy" {
  from_zone = "trust"
  to_zone   = "untrust"
  policy {
    name                      = "allow_trust"
    match_source_address      = ["any"]
    match_destination_address = ["any"]
    match_application         = ["any"]
    then                      = "permit"
  }
}

## Add a security zone
resource junos_security_zone "demo_zone" {
  name              = "DemoZone"
  inbound_protocols = ["bgp"]
  address_book {
    name    = "DemoAddress"
    network = "192.0.2.0/25"
  }
}

## Add a static route
resource junos_static_route "demo_static_route" {
  destination      = "192.0.2.0/25"
  routing_instance = "prod-vr"
  next_hop         = ["st0.0"]
}

首先初始化

1

terraform init

然后构建

1

terraform apply

这个插件逻辑不太通，所以使用的时候需要浪费很多时间调试。

如何实现CI/CD

首先得现有一个CI工具，主流的就是Jenkins，这个还在犹豫，想尝试一下Drone或者Tekton，在Pipeline上调用插件，Ansible或是Terraform，使用git进行版本控制，最后实现业务从申请到上线，不需要人肉传递信息，只需要审批流程+n个动作，不需要或很少需要人工干预实现业务上线，就类似这样：

https://blog-image.nos-eastchina1.126.net/8-ci-cd-using-hashicorp-terraform-and-jenkins.png

更新于 2019-12-28
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 Ansible, Netconf, Terraform
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