Ngày 3: Kiến thức về mạng (Network)

Lập trình Python trong tự động hóa mạng

Python là ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn được sử dụng trong việc tự động hóa cấu hình mạng.

Mặc dù Python không chỉ dành riêng cho việc tự động hóa mạng nhưng nó dường như được sử dụng ở khắp mọi nơi mỗi khi bạn tìm kiếm công cụ cho mình. Như đã đề cập trước đây nếu nó không phải là chương trình Python thì nó có thể là Ansible (vốn cũng được viết bằng Python).

Tôi nghĩ rằng tôi đã đề cập đến điều này rồi, trong phần “Học ngôn ngữ lập trình”, tôi đã chọn Golang thay vì Python vì những lý do xung quanh việc công ty của tôi đang phát triển Go nên đó là lý do chính đáng để tôi học Go, nhưng nếu không phải vì lí do đó thì Python sẽ là lựa chọn lúc đó.

• Dễ đọc và dễ sử dụng: Đây là lí do Python là ngôn ngữ lập trình phổ biến. Python không yêu cầu sử dụng {} trong chương trình để bắt đầu và kết thúc các khối mã. Kết hợp điều này với một IDE mạnh như VS Code, bạn sẽ có một khởi đầu khá dễ dàng khi muốn chạy một số mã Python.

Pycharm có thể là một IDE khác đáng được đề cập ở đây.

• Thư viện: Khả năng mở rộng của Python là mỏ vàng thực sự ở đây, tôi đã đề cập trước đây rằng Python không chỉ dành cho tự động hóa mạng mà trên thực tế, có rất nhiều thư viện cho tất cả các loại thiết bị và cấu hình. Bạn có thể xem số lượng lớn tại đây PyPi

Khi bạn muốn tải một thư viện xuống máy tính của mình, thì bạn sử dụng công cụ có tên pip để kết nối với PyPI và tải xuống máy của mình. Các nhà cung cấp mạng như Cisco, Juniper và Arista đã phát triển các thư viện để hỗ trợ việc truy cập vào thiết bị của họ.

• Mạnh mẽ & hiệu quả: Bạn có nhớ trong những ngày học lập trình Go tôi đã viết chương trình “Hello World” với 6 dòng mã không? Trong Python nó là

print('hello world')

Tổng hợp tất cả các điểm trên lại với nhau bạn sẽ dễ dàng hiểu tại sao Python thường được nhắc đến như một ngôn ngữ tiêu chuẩn khi làm việc về tự động hóa.

Tôi nghĩ có một điều quan trọng cần lưu ý là vài năm trước có thể đã có các chương trình để tương tác với các thiết bị mạng của bạn để có thể tự động thực hiện sao lưu cấu hình hoặc thu thập nhật ký và thông tin chi tiết khác về thiết bị của bạn. Quá trình tự động hóa mà chúng ta đang nói đến ở đây hơi khác một chút và đó là do bối cảnh mạng nói chung cũng đã thay đổi để phù hợp hơn với cách suy nghĩ này và cho phép tự động hóa nhiều hơn.

• Software-Defined Network/Mạng được điều khiển bằng phần mềm) – SDN Controller chịu trách nhiệm là nơi cung cấp cấu hình điều khiển cho tất cả các thiết bị trên mạng, nghĩa là chỉ cần một điểm liên hệ duy nhất cho bất kỳ thay đổi mạng nào, không còn phải telnet hoặc SSH vào mọi thiết bị và việc dựa vào con người để làm điều này có khả năng gây ra lỗi hoặc cấu hình sai.
• High-Level Orchestration/Phối hợp ở mức cao – Thực hiện ở cấp cao hơn SDN Controller và nó cho phép sự điều phối ở cấp độ các dịch vụ, sau đó là sự tích hợp của lớp điều phối này vào các nền tảng bạn chọn, VMware, Kubernetes, dịch vụ điện toán đám mây, v.v.
• Policy-based management/Quản lý dựa trên chính sách – Bạn muốn cài đặt chính sách gì? Trạng thái mong muốn của dịch vụ là gì? Bạn mô tả điều này và hệ thống có tất cả các chi tiết về cách thiết lập nó trở thành trạng thái bạn mong muốn.

Cài đặt môi trường lab

Không phải ai cũng có thể sở hữu các thiết bị router, swith, và các thiết bị mạng khác.

Chúng ta có thể sử dụng một số phần mềm cho phép chúng ta có thể thực hành và tìm hiểu cách tự động hóa cấu hình mạng của chúng ta.

Có một vài phần mềm mà chúng ta có thể chọn.

• GNS3 VM
• Eve-ng
• Unimus (Không phải công cụ tạo lab nhưng cung cấp các khái niệm thú vị).

Chúng ta sẽ xây dựng lab với Eve-ng. Như đã đề cập trước đây, bạn có thể sử dụng thiết bị vật lý nhưng thành thật mà nói, môi trường ảo có nghĩa là chúng ta có thể có môi trường an toàn để thử nghiệm nhiều tình huống khác nhau. Ngoài ra việc có thể thực hành các thiết bị và cấu trúc mạng khác nhau cũng rất thú vị.

Chúng ta sẽ thực hành mọi thứ trên EVE-NG phiên bản cộng đồng.

Bắt đầu

Bạn có thể tải phiên bản cộng dồng dưới định dạng ISO và OVF tại đây. download

Chúng ta sẽ sử dụng bản tải xuống định dạng OVF, với định dạng ISO, bạn có thể cài đặt trực tiếp trên server của bạn mà không cần chương trình tạo máy ảo.

Đối với hướng dẫn này, chúng ta sẽ sử dụng VMware Workstation vì tôi có giấy phép sử dụng thông qua vExpert nhưng bạn cũng có thể sử dụng VMware Player hoặc bất kỳ tùy chọn nào khác được đề cập trong documentation. Rất tiếc, chúng ta không thể sử dụng Virtual Box!

Đây cũng là lúc tôi gặp vấn đề khi sử dụng GNS3 với Virtual Box.

Download VMware Workstation Player – FREE

VMware Workstation PRO (Lưu ý rằng nó chỉ miễn phí trong thời gian dùng thử!)

Cài đặt VMware Workstation PRO

Bây giờ chúng ta đã tải xuống và cài đặt phần mềm ảo hóa và chúng ta cũng đã tải xuống EVE-NG OVF. Nếu bạn đang sử dụng VMware Player, vui lòng cho tôi biết quy trình này có giống như vậy không.

Bây giờ chúng ta đã sẵn sàng để cấu hình mọi thứ.

Mở VMware Workstation rồi chọn file và open

Khi bạn tải xuống file EVE-NG OVF, nó sẽ nằm trong một tệp nén. Giải nén nội dung vào thư mục và nó trông như thế này.

Chọn thư mục mà bạn đã tải xuống hình ảnh EVE-NG OVF và bắt đầu import.

Đặt cho nó một cái tên dễ nhận biết và lưu trữ máy ảo ở đâu đó trên máy tính của bạn.

Khi quá trình import hoàn tất, hãy tăng số lượng bộ xử lý (CPU) lên 4 và bộ nhớ (RAM) được phân bổ lên 8 GB. (Đây là cài đặt khi bạn import phiên bản mới nhất, nhưng nếu không đúng thì hãy chỉnh sửa lại như vậy).

Ngoài ra, hãy đảm bảo tùy chọn Virtualise Intel VT-x/EPT hoặc AMD-V/RVI đã được bật. Tùy chọn này hướng dẫn VMware chuyển các cờ ảo hóa cho HĐH khách (ảo hóa lồng nhau) Đây là vấn đề tôi gặp phải khi sử dụng GNS3 với Virtual Box mặc dù CPU của tôi hỗ trợ tính năng này.

Khởi động và truy cập

Hãy nhớ rằng tôi đã đề cập rằng điều này sẽ không hoạt động với VirtualBox! Vâng, có cùng một vấn đề với VMware Workstation và EVE-NG nhưng đó không phải là lỗi của nền tảng ảo hóa!

Tôi có WSL2 đang chạy trên Máy Windows của mình và điều này dường như loại bỏ khả năng chạy bất kỳ thứ gì được lồng trong môi trường ảo của bạn. Tôi thắc mắc không biết tại sao Ubuntu VM lại chạy vì nó dường như vô hiệu hóa tính năng Intel VT-d của CPU khi sử dụng WSL2.

Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có thể chạy lệnh sau trên máy Windows của mình và khởi động lại hệ thống, lưu ý rằng trong khi lệnh này tắt thì bạn sẽ không thể sử dụng WSL2.

bcdedit /set hypervisorlaunchtype off

Khi bạn muốn quay lại và sử dụng WSL2, bạn sẽ cần chạy lệnh này và khởi động lại.

bcdedit /set hypervisorlaunchtype auto

Cả hai lệnh này nên được chạy với quyền administrator!

Ok quay lại hướng dẫn, bây giờ bạn sẽ có một máy ảo đang được chạy trong VMware Workstation và bạn sẽ có một lời nhắc tương tự như thế này trên màn hình.

Trên lời nhắc ở trên, bạn có thể sử dụng:

username = root password = eve

Sau đó, bạn sẽ được yêu cầu cung cấp lại mật khẩu root, mật khẩu này sẽ được sử dụng để SSH vào máy chủ sau này.

Sau đó chúng ta có thể thay đổi hostname của máy chủ.

Tiếp theo, chúng ta thiết lập DNS Domain Name, tôi đã sử dụng tên bên dưới nhưng tôi không chắc liệu điều này có cần thay đổi sau này hay không.

Sau đó, chúng ta cấu hình mạng, tôi chọn sử dụng địa chỉ IP tĩnh (static) để nó không thay đổi sau khi khởi động lại.

Bước cuối cùng, thiết lập một địa chỉ IP tĩnh trong mạng mà bạn có thể truy cập được từ máy tính của mình.

Có một số bước bổ sung ở đây, trong đó bạn sẽ phải cung cấp subnet mask, default gateway và DNS.

Sau khi hoàn tất, máy ảo sẽ khởi động lại, lúc này bạn có thể điền địa chỉ IP tĩnh đã thiết lập vào trình duyệt của mình để truy cập.

Tên người dùng mặc định cho GUI là admin và mật khẩu là eve trong khi tên người dùng mặc định cho SSH là root và mật khẩu là eve nhưng bạn có thể thay đổi trong quá trình thiết lập.

Tôi đã chọn HTML5 cho bảng điều khiển thay vì native vì nó cho phép sẽ mở một tab mới trong trình duyệt của bạn khi bạn điều hướng qua các bảng điều khiển khác nhau.

Phần tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu:

• Cài đặt gói ứng dụng EVE-NG
• Tải một số file hệ điều hành vào EVE-NG
• Xây dựng mô hình mạng
• Thêm node
• Kết nối các node
• Bắt đầu viết chương trình Python
• Tìm hiểu các thư viện telnetlib, Netmiko, Paramiko và Pexpect

Xây dựng Lab

Chúng ta sẽ tiếp tục thiết lập mạng mô phỏng của mình bằng phần mềm EVE-NG và sau đó hy vọng sẽ triển khai một số thiết bị và bắt đầu suy nghĩ về cách chúng ta có thể tự động hóa cấu hình của các thiết bị này.

Cài đặt ứng dụng EVE-NG

Ngoài ra còn có một gói ứng dụng cho phép chúng ta chọn ứng dụng nào sẽ được sử dụng khi chúng ta SSH tới các thiết bị. Nó cũng sẽ cài đặt Wireshark để bắt gói tin giữa các mạng. Bạn có thể tải về gói ứng dụng cho hệ điều hành của mình (Windows, macOS, Linux).

EVE-NG Client Download

Mẹo: Nếu bạn đang sử dụng Linux thì có thể tải client pack.

Quá trình cài đặt diễn ra khá đơn giản và tôi khuyên bạn nên chọn các thiết lập mặc định.

Tải network images

Bước này là một thách thức, tôi đã làm theo một số video mà tôi để link ở cuối bài để tải xuống image (file cài) cho switch và router và cách để tải nó vào các thiết bị trên.

Điều quan trọng cần lưu ý là tôi sử dụng mọi thứ cho mục đích giáo dục. Tôi khuyên bạn nên tải xuống image chính thức từ các nhà cung cấp thiết bị.

Blog & Links to YouTube videos

How To Add Cisco VIRL vIOS image to Eve-ng

Nhìn chung, các bước ở đây hơi phức tạp và có thể dễ dàng hơn nhiều nhưng các blog và video ở trên hướng dẫn quy trình thêm image vào EVE-NG của bạn.

Tôi đã sử dụng FileZilla để chuyển qcow2 sang các máy ảo VM dựa trên SFTP.

Chúng ta sẽ dùng switch Cisco vIOS L2 và router Cisco vIOS trong lab này.

Tạo Lab

Bên trong giao diện web EVE-NG, chúng ta sẽ tạo network topology mới. Chúng ta sẽ có bốn switch và một router đóng vai trò là gateway với các mạng bên ngoài.

Thêm các Nodes trong EVE-NG

Khi bạn đăng nhập lần đầu vào EVE-NG, bạn sẽ thấy một màn hình như bên dưới, chúng ta muốn bắt đầu bằng cách tạo lab đầu tiên của mình.

Đặt tên cho lab của bạn và các mục khác là tùy chọn.

Sau đó, bạn sẽ được chào đón bằng một khung vẽ trống để bắt đầu tạo mạng của mình. Nhấp chuột phải vào canvas của bạn và chọn thêm node.

Từ đây, bạn sẽ có một danh sách dài các tùy chọn node. Nếu bạn đã làm theo hướng dẫn ở trên, bạn sẽ có hai node màu xanh lam hiển thị bên dưới và các node khác sẽ có màu xám và không thể chọn được.

Chúng ta sẽ thêm những thiết bị sau vào lab:

• 1 x router Cisco vIOS
• 4 x switch Cisco vIOS

Chạy qua trình hướng dẫn để thêm node vào lab của bạn và nó sẽ giống như thế này.

Liên kết các nodes

Bây giờ chúng ta cần kết nối giữa các router và switch. Chúng ta có thể thực hiện việc này khá dễ dàng bằng cách di chuột qua thiết bị và xem biểu tượng kết nối như bên dưới rồi kết nối thiết bị đó với thiết bị mà chúng ta muốn kết nối.

Khi bạn kết nối xong môi trường của mình, bạn cũng có thể muốn thêm một số cách để xác định ranh giới hoặc vị trí vật lý bằng cách sử dụng các hộp hoặc vòng tròn cũng có thể tìm thấy trong menu chuột phải. Bạn cũng có thể thêm ghi chú hữu ích khi chúng ta muốn xác định tên hoặc địa chỉ IP trong lab của mình.

Tôi đã tiếp tục và làm cho lab của mình trông giống như hình dưới.

Bạn cũng sẽ nhận thấy rằng tất cả lab ở trên đều bị tắt, chúng ta có thể bắt đầu lab của mình bằng cách chọn mọi thứ và nhấp chuột phải và chọn “start selected”.

Sau khi chúng ta thiết lập và chạy lab, bạn có thể điều khiển từng thiết bị và bạn sẽ nhận thấy ở giai đoạn này, chúng khá ngu ngốc khi không có cấu hình. Chúng ta có thể thêm một số cấu hình cho mỗi node bằng cách sao chép hoặc tạo cấu hình của riêng của bạn trong mỗi thiết bị đầu cuối.

Tôi sẽ để cấu hình của mình trong thư mục Networking của kho lưu trữ để bạn tham khảo.

Thực hành với Python

Trong phần cuối của loạt bài về mạng máy tính, chúng ta sẽ tìm hiểu một số tác vụ và công cụ tự động hóa dựa trên môi trường lab đã được tạo ra.

Chúng ta sẽ sử dụng SSH để kết nối đến các thiết bị trong mạng. Giao tiếp dựa trên SSH sẽ được mã hóa như đã giới thiệu trước đây trong loạt bài về hệ điều hành Linux. Xem lại ngày 2.

Truy cập môi trường giả lập ảo

Để tương tác với các switch, bạn có thể thiết lập một máy chủ bên trong mạng EVE-NG hoặc bạn có thể thiết lập một máy tính chạy Linux có cài đặt Python trong EVE-NG (Resource for setting up Linux inside EVE-NG), hoặc bạn cũng có thể làm theo cách của tôi là tạo một server quản lý từ xa.

Để thiết lập như trên, chúng ta nhấp chuột phải vào giao diện ứng dụng, chọn Network, và sau đó chọn “Management(Cloud0)”, thao tác này sẽ tạo ra một mạng riêng mới kết nối với máy tính đang dùng (máy host).

Tuy nhiên, chúng ta vẫn cần phải kết nối các thiết bị hiện tại với mạng mới này. (Kiến thức về mạng của tôi vẫn còn hạn chế và tôi cảm thấy rằng bạn có thể thực hiện bước tiếp theo này theo một cách khác bằng cách kết nối router với các switch và sau đó có kết nối với phần còn lại của mạng?)

Tiếp theo bạn hãy truy cập vào từng thiết bị và chạy các lệnh sau trên card mạng được dùng để kết nối với “Management(Cloud0)”.

enable
config t
int gi0/0
IP add DHCP
no sh
exit
exit
sh ip int br

Lệnh trên nhằm cấp phát địa chỉ IP cho card mạng kết nối với Home Network. Địa chỉ IP của các thiết bị được liệt kê trong bảng sau:

Kết nối SSH đến thiết bị mạng

Với các thông tin địa chỉ IP ở trên, chúng ta có thể kết nối đến các thiết bị trong mạng từ máy host. Tôi sử dụng Putty, tuy nhiên bạn cũng có thể sử dụng bất kì phần mềm hỗ trợ kết nối SSH nào khác.

Bạn có thể thấy tôi đang kết nối SSH đến router của mình trong hình dưới. (R1)

Sử dụng Python để thu thập thông tin từ các thiết bị

Ví dụ đầu tiên là sử dụng Python để thu thập thông tin từ tất cả các thiết bị của mình. Cụ thể hơn, tôi sẽ kết nối đến từng thiết bị và chạy một lệnh đơn giản để lấy thông tin cấu hình của mỗi card mạng. Tôi đã lưu chương trình này tại đây netmiko_con_multi.py

Khi tôi chạy chương trình này, tôi có thể thấy cấu hình của mỗi cổng trên tất cả các thiết bị của mình.

Việc này rất hữu ích nếu bạn có nhiều thiết bị khác nhau, hãy tạo một chương trình tương tự để bạn có thể kiểm soát tập trung và tìm hiểu nhanh tất cả các cấu hình chỉ với một lần chạy.

Sử dụng Python để cấu hình các thiết bị

Ví dụ trước đó là rất hữu ích nhưng còn việc sử dụng Python để định cấu hình thiết bị của chúng ta thì sao? Trong kịch bản này, chúng ta có một cổng trunk giữa SW1 và SW2, một lần nữa hãy tưởng tượng nếu điều này được thực hiện trên nhiều switch và chúng ta muốn tự động hóa việc này mà không phải kết nối thủ công đến từng switch để thực hiện thay đổi cấu hình.

Chúng ta có thể sử dụng chương trình netmiko_sendchange.py để thực hiện điều này. Thao tác này sẽ kết nối qua SSH và thực hiện thay đổi cần thiết trên SW1 và SW2.

Nếu bạn đã xem code, bạn sẽ thấy thông báo xuất hiện và cho chúng ta biết sending configuration to device nhưng không có xác nhận rằng điều này đã được thực hiện, chúng ta có thể thêm đoạn code bổ sung vào chương trình để thực hiện kiểm tra và xác thực việc cấu hình trên các switch hoặc chúng ta có thể sửa đổi đoạn code của ví dụ thứ nhất để cho chúng ta thấy điều đó.

netmiko_con_multi_vlan.py

Sao lưu cấu hình của các thiết bị

Một ví dụ khác là sao lưu các cấu hình mạng của các thiết bị. Nếu bạn không muốn kết nối với mọi thiết bị có trên mạng của mình, bạn có thể chỉ định thiết bị mà bạn muốn sao lưu. Bạn có thể tự động hóa việc này bằng cách sử dụng chương trình backup.py. Bạn sẽ cần điền vào file backup.txt các địa chỉ IP mà bạn muốn sao lưu.

Chạy chương trình trên và bạn sẽ thấy nội dung như bên dưới.

Đây chỉ là vài thông tin đơn giản được in ra màn hình, tôi sẽ cho bạn xem các file sao lưu.

Paramiko

Một thư viên Python được sử dụng rộng rãi cho kết nối SSH. Bạn có thể tìm hiểu thêm tại đây

Chúng ta có thể cài đặt thư viện này bằng lệnh pip install paramiko.

Chúng ta có thể kiểm tra kết quả cài đặt bằng cách import thư viện paramiko trong Python.

Netmiko

Thực viện netmiko chỉ tập trung vào các thiết bị mạng trong khi paramiko là một thư viện lớn hơn nhằm phục vụ các thao tác trên SSH nói chung.

Netmiko mà tôi đã sử dụng ở trên cùng với paramiko có thể được cài đặt bằng lệnh pip install netmiko

Netmiko hỗ trợ thiết bị của nhiều nhà sản xuất, bạn có thể tìm thấy danh sách các thiết bị được hỗ trợ tại GitHub Page

Các thư viện khác

Cũng cần đề cập đến một số thư viện khác mà chúng ta chưa có cơ hội xem xét nhưng chúng cung cấp nhiều tính năng liên quan đến tự động hóa các thiết lập mạng.

Thư viện netaddr được sử dụng để làm việc với các địa chỉ IP, có thể được cài đặt bằng lệnh pip install netaddr

Nếu bạn muốn lưu trữ cấu hình của nhiều switch trong một bảng tính excel, thư viện xlrd sẽ cung cấp các phương thức để làm việc với excel và chuyển đổi các hàng và cột thành ma trận. Cài đặt nó bằng lệnh pip install xlrd.

Bạn cũng có thể tìm thấy một số ví dụ khác về tự động hóa mạng mà tôi chưa có cơ hội giới thiệu tại đây

Tôi sẽ kết thúc phần loạt bài về Mạng máy tính trong sê-ri Lộ trình học DevOps trong 12 ngày tại đây. Mạng máy tính là một lĩnh vực mà tôi thực sự đã không làm đến trong một thời gian và còn rất nhiều điều cần đề cập nhưng tôi hy vọng các ghi chú của mình và các tài nguyên được chia sẻ trong những ngày qua sẽ hữu ích với một số bạn.

Tài nguyên tham khảo

• Free Course: Introduction to EVE-NG
• EVE-NG – Creating your first lab
• 3 Necessary Skills for Network Automation
• Computer Networking full course
• Practical Networking
• Python Network Automation

Vì tôi không phải là một kỹ sư mạng nên phần lớn các ví dụ tôi sử dụng ở trên đến từ cuốn sách này.

• Hands-On Enterprise Automation with Python (Book)

Vậy là đã kết thúc ngày 3 trong Lộ trình học DevOps trong 12 ngày

Hẹn gặp lại các bạn vào Ngày 4: Điện toán đám mây, nơi mà chúng ta sẽ tìm hiểu về điện toán đám mây (cloud computing) và các kiến thức cơ bản xoay quanh chủ đề này.

Các bài viết là bản tiếng Việt của tài liệu 90DaysOfDevOps của Micheal Cade và có qua sửa đổi, bổ sung. Tất cả đều có license [Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License][cc-by-nc-sa]

Mọi thắc mắc xin hãy liên hệ
Email: [email protected]

(Nguồn:: vntechies.dev)