「Python 网络自动化」NETCONF —— Python 使用 NETCONF 管理配置 H3C 网络设备

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Nornir 中文手册——基于 Nornir3.0 官方文档的不完全翻译

上一篇文章 中简单介绍了 Python 针对 XML 文件的操作方式，XML 的诸多特性使得它非常适合程序之间的数据传输，NETCONF 就是采用 XML 来进行工作。

NETCONF 简单介绍

NETCONF（Network Configuration Protocol，网络配置协议）是一种基于 XML 的网络管理协议，它提供了一种可编程的、对网络设备进行配置和管理的方法。

NETCONF 报文使用 XML 格式，具有强大的过滤能力，而且每一个数据项都有一个固定的元素名称和位置，所以具有很强的兼容性，不同厂家不同设备可以通过 XML 得到相同的结果，便于混合不同厂商不同设备的为冷热软件开发。

NETCONF 协议结构

NETCONF 采用分层结构，分别为：

• Content 内容层
• Operations 操作层
• RPC（Remote Procedure Call）远程调用层
• Transport Protocol 通信协议层

XML 分层与 NETCONF 协议分层模型对应关系

可参考下图：

NETCONF 报文结构

NETCONF 命令必须符合 XML 语言的基本格式。NETCONF 报文格式遵循 RFC 4741/RFC 6241。

请求报文格式

对于 H3C 网络设备，请求报文分为两部分：协议定义部分、H3C 自有部分，格式如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> 
<rpc message-id ="101" xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0"> <operation> 
</rpc> 

协议定义部分：

• encoding 表示使用的 XML 编码格式，默认使用 UTF-8。
• message-id 表示消息 ID。客户端使用单调递增的整数来表示消息 ID。服务器端在应答中
  会使用相同的消息 ID 以表示应答对应的请求。
• 协议定义部分的命名空间必须为 urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0。

H3C 自有部分：
对于 get 系列操作，filter 元素下的内容为 H3C 自有部分；对于 edit-config 系
列操作，config 元素下的内容为 H3C 自有部分。
H3C 自有部分需要使用H3C命名空间，H3C 命名空间又分为 base、config、data、action
命名空间。

• Base 命名空间：http://www.h3c.com/netconf/base:1.0
• Config 命名空间：http://www.h3c.com/netconf/config:1.0
• Data 命名空间：http://www.h3c.com/netconf/data:1.0
• Action 命名空间：http://www.h3c.com/netconf/action:1.0

具体使用哪个命名空间与操作类型和内容有关。

以为接口配置一个 IP 地址的消息为例，请求报文结构可以用下图来说明：

报文回复格式

报文回复格式统一使用协议定义的 <rpc-reply>：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> 
<rpc-reply xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0" message-id="101"> <ok/> 
</rpc-reply> 

NETCONF 配置数据库

NETCONF 有三个配置数据库，用来对设备的配置进行管理。

• <running/>：存储正在运行的配置，等价于 show run / display cur，所有设备都具有该数据库。
• <startup/>：存储下次启动时生效的配置，等价于show startup / display saved。
• <candidate/>：存储没有生效的候选配置，等价于一些设备需要commit来使配置生效，并不是所有设备都支持。

NETCONF 支持的操作

实验操作

基础环境配置

网络环境

使用 HCL 模拟器，打开一台设备，连接到本地网络

设备配置

#
interface GigabitEthernet0/0port link-mode routeip address 192.168.56.20 255.255.255.0
#
local-user netdevopspassword simple netdevopsauthorization-attribute user-role network-adminservice-type ssh#ssh server enablenetconf ssh server enable#user-interface vty 0 63authentication-mode scheme#

代码环境

• Python 3.8
• ncclient 0.6.7

本次实验使用 ncclient 模块来操作网络设备，可以使用 pip install ncclient 来进行安装，可以先把 pip 下载源修改为国内的，否则下载速度会很慢，参考 pip 设置国内源。

使用 NETCONF 获取设备接口信息

导入模块

# 导入 lxml 相关模块，用于构建 xml
from lxml import etree
from lxml.builder import ElementMaker
# 导入 ncclient 相关模块，用于使用 NETCONF 协议连接设备
from ncclient import manager# 根据网络环境，构建包含设备信息的字典
host = {'host': '192.168.56.20','username': 'netdevops','password': 'netdevops','port': 830,'device_params': {'name': 'h3c'},
}

构建 XML

XML 信息可以使用纯文本格式手写，也可以使用 lxml 工具来构建，构建方式可以参考上一篇文章 。

上文请求报文格式中说明了，对于 get 操作，需要加入 H3C 自有部分的命名空间。
获取设备信息需要使用 data 命名空间。

# 构建 xml 请求文件，以下 xml 用于获取设备上所有的接口名称
get_all_iface = """
<top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/data:1.0">
<Ifmgr>
<Interfaces>
<Interface>
<Name></Name>
<InetAddressIPV4></InetAddressIPV4>
<AdminStatus></AdminStatus>
</Interface>
</Interfaces>
</Ifmgr>
</top>
"""
# 可以使用 lxml 相关模块构建获取接口信息需要的 xml
# 以下 xml 用于获取设备上所有的接口名称
H3C_DATA_1_0 = "http://www.h3c.com/netconf/data:1.0"
H3C_DATA_1_0_C = '{' + H3C_DATA_1_0 + '}'
E = ElementMaker(namespace=H3C_DATA_1_0, nsmap={None: H3C_DATA_1_0})
top = E.top(E.Ifmgr(E.Interfaces(E.Interface(E.Name(),E.InetAddressIPV4(),E.AdminStatus()))
))

不论哪种方式构建，最终的内容都是一样的

连接设备，执行 XML

# 对于 ssh 协议，连接设备时会先保存对端的 key，并从本机查找并验证，使用以下两个 False 的参数来跳过检查
conn = manager.connect(**host, hostkey_verify=False, look_for_keys=False)
# 获取设备所有接口的名称、IP地址、状态
ret = conn.get(('subtree', top))
print(ret)

上面代码中使用了 ncclient 封装的 get 操作，我们只需要传入 Content 层的 XML 信息即可，实际上传递给网络设备完整的一个请求报文包含了协议定义的部分，这部分属于 Operation 层，具体的原始 XML 是：

<rpc message-id="ncclient 自动生成的 id" xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0"><get>                         <!--- Operation 层，使用 get 操作 ---><filter type="subtree"><top>"构建的 xml 内容"</top></filter></get>
</rpc>

上述几段代码结合起来，执行结果如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><rpc-reply xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0" message-id="urn:uuid:c2124ac3-2c72-4046-a575-de8ea8d151a7">
<data><top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/data:1.0">
<Ifmgr><Interfaces><Interface>
<IfIndex>1</IfIndex><Name>GigabitEthernet0/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus><InetAddressIPV4>192.168.56.20</InetAddressIPV4></Interface><Interface>
<IfIndex>2</IfIndex><Name>GigabitEthernet0/1</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>3</IfIndex><Name>GigabitEthernet0/2</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>4</IfIndex><Name>Serial1/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>5</IfIndex><Name>Serial2/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>6</IfIndex><Name>Serial3/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>7</IfIndex><Name>Serial4/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>8</IfIndex><Name>GigabitEthernet5/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>9</IfIndex><Name>GigabitEthernet5/1</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>10</IfIndex><Name>GigabitEthernet6/0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>11</IfIndex><Name>GigabitEthernet6/1</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>129</IfIndex><Name>NULL0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface><Interface>
<IfIndex>130</IfIndex><Name>InLoopBack0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus><InetAddressIPV4>127.0.0.1</InetAddressIPV4></Interface><Interface>
<IfIndex>131</IfIndex><Name>Register-Tunnel0</Name><AdminStatus>1</AdminStatus></Interface></Interfaces>
</Ifmgr></top></data></rpc-reply>

可以看到，已经成功从设备中获取到了想要的接口信息，对于设备不存在的信息，返回值没有该标签；
之后对返回数据根据需要进行格式化即可，之后会介绍如何格式化该数据。

待续

使用 NETCONF 下发接口配置

构建 XML

以给 G0/1 接口配置 IP 地址为例，由于 NETCONF 只支持通过 IfIndex 来进行配置，如果实际使用中想要根据接口名称来进行配置，则需要对功能进行封装；
从上面的结果中可以看到 G0/1 的接口索引值为 2，所以构建以下 XML：

# 下发配置需要有 config 元素，且命名空间固定，之后再加入 top 元素及具体的配置信息元素
from lxml import ElementMaker, etreeBASE_NS_1_0 = "urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0"
H3C_CONFIG_1_0 = "http://www.h3c.com/netconf/config:1.0"
C = ElementMaker(namespace=BASE_NS_1_0, nsmap={None: BASE_NS_1_0})
E = ElementMaker(namespace=H3C_CONFIG_1_0, nsmap={None: H3C_CONFIG_1_0})xml_ifcfg = C.config(E.top(E.Ifmgr(E.Interfaces(E.Interface(E.IfIndex("2"),E.Description("Configured by netconf"),E.InetAddressIPV4("1.1.1.1"),E.InetAddressIPV4Mask("24")))))
)
print(etree.tostring(xml_ifcfg))

实际生成的 XML 内容打印如下：

<config xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0"><top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/config:1.0"><IPV4ADDRESS><Ipv4Addresses><Ipv4Address><IfIndex>2</IfIndex><Ipv4Address>1.1.1.1</Ipv4Address><Ipv4Mask>255.255.255.0</Ipv4Mask></Ipv4Address></Ipv4Addresses></IPV4ADDRESS></top>
</config>'

连接设备，执行 XML

# 将接口配置下发到 running 配置库中
conn = manager.connect(**host, hostkey_verify=False, look_for_keys=False)
ret = conn.edit_config(target="running", config=xml_ifcfg)
print(ret)

返回值为 ok，说明配置下发成功，打印执行结果如下：

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<rpc-reply xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0" message-id="urn:uuid:67ad766a-83de-45ba-a575-95059a6cfce6">
<ok/>
</rpc-reply>

到设备上检查配置下发成功：

使用 NETCONF 下发 BGP 配置

构建 XML

为设备配置 ASNumber 为 62333，并宣告 G1/0 的接口地址。
根据一般的 BGP 配置逻辑，应该：

1. 配置 ASN，即启动 BGP 进程
2. 配置地址族，表明配置生效的范围，如单播 IPv4，带有 VPN Instance 的单播 IPv4 等，并配置相关属性，如本地优先级、等价路由数目等
3. 配置宣告路由等

对应的在 NETCONF 中下发配置时，操作逻辑也是一样的。
根据需要进行的配置构建以下 XML：

# 配置 asn
xml_bgp_asn_cfg = """
<config xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0">
<top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/config:1.0">
<BGP><Instances><Instance><Name></Name><ASNumber>62333</ASNumber></Instance></Instances>
</BGP>
</top>
</config>"""
# 配置单播 ipv4 地址族
xml_bgp_familys_cfg="""
<config xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0">
<top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/config:1.0">
<BGP>
<Familys>
<Family>
<Name></Name>
<VRF></VRF>
<Type>1</Type>
</Family>
</Familys>
</BGP>
</top>
</config>
"""
# 在单播 ipv4 地址族中宣告网段
xml_bgp_net_cfg = """
<config xmlns="urn:ietf:params:xml:ns:netconf:base:1.0">
<top xmlns="http://www.h3c.com/netconf/config:1.0">
<BGP><Networks><Network><Name></Name><VRF></VRF><Family>1</Family><IpAddress>1.1.1.1</IpAddress><Mask>24</Mask></Network></Networks>
</BGP>
</top>
</config>
"""

连接设备，执行 XML

conn = manager.connect(**host, hostkey_verify=False, look_for_keys=False)
conn.edit_config(target="running", config=xml_bgp_net_cfg)
conn.edit_config(target="running", config=xml_bgp_net_cfg)
conn.edit_config(target="running", config=xml_bgp_net_cfg)

依次执行三项配置并返回成功后，可以在设备上看到相关的配置：

总结

这篇文章简单介绍了 NETCONF 协议，并结合上篇文章中关于 XML 的知识，进行了三个实际的操作案例。

乍一看，你可能会想：用 NETCONF 下发配置和我用命令行差不多啊，而且看起来好复杂啊，用命令行三下五除二就配置完成了。

NETCONF 的好处在于，如果将日常运维的操作封装为接口进行调用，并且以 WEB 的方式显示出来或者进行配置操作，会方便许多，而且可以做成标准化、流程化的操作进行变更，且返回的数据都是 XML 格式，可以很轻松的转换成 JSON，与其他平台进行联动，这些都是命令行操作不可控的（命令行的操作逻辑及返回数据处理不如 NETCONF 方便）。

附

问：你怎么知道获取接口信息、配置 BGP 的 XML 怎么写？
答：参考官方的 NETCONF API 开发手册。华为的可以在官网直接找到，华三的可以点击链接进行下载（官方资料）~