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NSO と Ansible を組み合わせてみる

はじめに

この記事はシスコの同志による Advent Calendar の一部として投稿しています。

年度 URL
2017年 https://qiita.com/advent-calendar/2017/cisco
2018年 https://qiita.com/advent-calendar/2018/cisco
2019年 https://qiita.com/advent-calendar/2019/cisco
2020年 https://qiita.com/advent-calendar/2020/cisco
2020年 2枚目 https://qiita.com/advent-calendar/2020/cisco2

「ネットワークの自動化」ということが言われ始めてしばらく経ちますが、そのためのソリューションが数多く登場しました。「ネットワークの自動化」を行う際には具体的なゴールを決定する必要があり、それに合わせて必要なソリューションを組み合わせる事で、よりスムーズな自動化が可能となることもあると思います。

Ciscoが提供するソリューションの一つが、Network Services Orchestrator (NSO) です。機器の設定を自動化することや、必要な機器を選択するようなオーケストレータとしての役目を行うためのフレームワークとなっています。ワークフロー管理ツールとして、あるいはネットワーク機器の設定を行うツールとして使用されることが多いです。

Overviewについては、以前のこちらの記事も参考にして頂けたらと思います。
Cisco Network Services Orchestrator (NSO) ができること

Ansible は、Redhat 社が保有するオープンソースの自動化ソリューションです。冪等性という一つのポリシーの元、非常に多くの登録されたモジュールを使用して、リモート機器の設定を行うことが出来ます。

この記事では、これら2つを組み合わせて使ってみる方法について紹介します。

NSO と Ansible の違い

NSO と Ansible を比較すること自体、そもそも別の製品なのになぜ、と思われる方は居るかも知れません。しかし、実はNSO の本領発揮の部分の一つである、"Orchestrator" 部分を抜いて比較されることも多いのです。別の目的をもった製品達ですが、リモート機器を設定するという観点で少し比較してみます。

NSO にできて Ansible に出来ないこと

ネットワーク機器の設定を行う、という観点ではどちらも同じようなことをすることが出来ます。例えばcisco ios ルータの interface Ethernet 1/1 というインターフェースの description を "hello" から "cisco" に変更する、といったことをしたい場合、NSO では cisco-ios NED を使用、Ansible では ios_config モジュールを使用すれば良いと思います。

では、設定した値をもとに戻したい場合はどうしましょう。NSO ではロールバック機能があるため、"description hello" といったコマンドを自動生成することが出来るのですが、Ansible では元の値を何らかの方法で保持しておいて、再度変更のための Playbook を用意する必要があると思います。これは、NSO がデバイスのステート情報を保持していることと、コマンドのスキーマ情報を持っているため可能となっています。

Ansible にできて NSO に出来ないこと

Ansible のサーバ設定を行う機能は卓越しており、NSO の NED でも特に対象としているものはないため、NSO を使っている環境においても、Ansible を使うことに大きな意味があります。例えば Redhat Linux 上に Apache パッケージをインストールするとした場合、非常にシンプルな Playbook を使用することで実施出来ます。

NSO を Ansible から使用する

実は、Ansibleにも nso モジュールが存在します。

  • nso_config
  • nso_action
  • nso_query
  • nso_show
  • nso_verify

これらを使うことで、Ansible から NSO を操作する事が可能です。内部では REST が使用されており、NSOが提供する Northbound インターフェースを拡張するイメージでも使用可能です。

この記事では、逆に NSO から Ansible を使ってみようと思います。

NSO から Ansible を使用する

NSO は Orchestrator なのですが、通常一緒に使用する NED が非常に大きな意味を持っており、これも NSO の大きな魅力の一つです。リモート機器を管理するという役割を負っており、Southbound 接続への接続点となっています。

CLI NED を使用する場合は内蔵の telnet/ssh クライアントを使用します。NETCONF NED を使用する場合は、NSO 内部に持っている NETCONF モジュールを外部向けに使用しています。(なので、CLI NED の SSH クライアントと NETCONF NED の SSH クライアントは別物です)

他に Generic NED があり、これは Southbound 接続が telnet/ssh/netconf ではないものに使用されます。telnet/ssh/netconf NED の場合は、ある程度 NSOが管理を行いますが、Generic NEDの場合はすべてを NED 内で管理する必要がありますが、あらゆる Southbound 接続に対応させることが出来ます。例えば、Cisco ACIのAPICへ接続するためには、APICの REST プロトコルを理解する必要がありますが、Generic NED として実装されています。

Generic NED の実装

データモデル

サーバの設定には「設定」するものや、不変なものなどがあります。また、サーバ稼働時にデータが変更されるものもあります。

- 設定するもの - config
- 不変なデータ - operational data
- 変動するデータ - live-status (operational data)

これらをモデル化する必要があります。

今回は以下を作成しました。

Config データ用 linux.yang
$ cat linux/src/yang/linux.yang
module linux {

  namespace "http://com/example/linux";
  prefix linux;

  import tailf-ncs {
    prefix ncs;
  }
  import tailf-common {
    prefix tailf;
  }
  import linux-gen {
    prefix family;
  }

  container dns {
    leaf-list name-servers {
      type string;
    }
    leaf-list search {
      type string;
    }

  }

  leaf hostname {
    type string;
  }
  list packages {
    key name;
    leaf name {
      type string;
    }
    leaf service-state {
      type enumeration {
        enum started;
        enum stopped;
      }
    }
    httpd-param {
      when "../name = 'httpd'";
      list vserver {
        key name;
        leaf name {
          type string;
        }
      }
    }
    container samba-param {
      when "../name = 'samba'";

    }
    tailf:action restart {
      tailf:actionpoint restart;
    }
  }
  container firewall {
    leaf-list open-port {
      type string;
    }
  }

Operational データ用 linux-oper.yang
$ cat linux/src/yang/linux-oper.yang
module linux-oper {
  namespace "http://com/example/linux";
  prefix linux;

  import tailf-ncs {
    prefix ncs;
  }
  import tailf-common {
    prefix tailf;
  }
  import linux-gen {
    prefix family;
  }
  augment /ncs:devices/ncs:device {
    when "derived-from(./ncs:device-type/ncs:generic/ncs:ned-id,'family:linux-gen')";
    container linux-facts {
      config false;
      tailf:cdb-oper {
        tailf:persistent true;
      }
      leaf architecture {
        type string;
      }
      leaf bios_date {
        type string;
      }
      leaf bios_version {
        type string;
      }
      leaf distribution {
        type string;
      }
      leaf distribution_release {
        type string;
      }
      leaf distribution_version {
        type string;
      }
      leaf tz {
        type string;
      }
      list devices {
        key name;
        leaf name {
          type string;
        }
      }
   }
  }
}

list packages で、パッケージ情報をリスト化して設定するようにしています。また、各種不変データは、operational データに入っています。

データの取得

サーバの状態の取得には、Ansible Factsを利用します。具体的には、setup, packages_facts や services_facts モジュールを使用することで、必要な情報が得られます。

主に必要な作業は以下です。
- NEDの show method 内で ansible のコマンドを実行し、json 形式でデータを取得
- 取得したデータを、作成したデバイスモデルへマップ

NED の作成時でも、CDBへのパス操作については、基本的にサービスを作成持と同じです。

データ取得のための ansible コマンド

通常 ansible を使用する際には、ansible.cfg や inventory ファイルが必要です。しかし、NEDから使用する場合には、その対象が変化することがあり、コマンド実行前にファイルを作成する必要があります。キャッシュファイルのようなものとなり、できれば作成したくありません。
そこで、Adhoc コマンドで取得することとし、以下のようなコードとなりました。
module には、setup, package_facts や service_facts が入ります。

ProcessBuilder pb = new ProcessBuilder(
        "ansible",
        "-i",
        host+",",
        "all",
        "-e",
        "ansible_user="+user+ " ansible_password="+password,
        "-b",
        "-m",
        module
        );
Map<String, String> env = pb.environment();
env.put("ANSIBLE_REMOTE_TMP", "/tmp");
env.put("ANSIBLE_STDOUT_CALLBACK", "json");
env.put("ANSIBLE_LOAD_CALLBACK_PLUGINS", "True");

Process p = pb.start();

Linux 上で実際に実行してみたい場合は、以下のように試すことが出来ます。
ANSIBLE_STDOUT_CALLBACK 環境変数によって、出力を json としています。Adhoc コマンドでそれを変更するには、ANSIBLE_LOAD_CALLBACK_PLUGINS 環境変数の設定が必要です。

ANSIBLE_REMOTE_TMP=/tmp ANSIBLE_STDOUT_CALLBACK=json ANSIBLE_LOAD_CALLBACK_PLUGINS=True ansible -i 192.168.1.1, all  -e "ansible_user=ansible ansible_password=ansible123" -m setup -b

Json のパースには、nanojson ライブラリを使用しました。p.getInputStream() から作成した出力をそのまま使用することが出来るため、非常に扱いが楽です。

JsonObject ob = JsonParser.object().from(jsonOutputSb.toString());
obForHost = ob.getArray("plays")
    .getObject(0)
    .getArray("tasks")
    .getObject(0)
    .getObject("hosts").getObject(host).getObject("ansible_facts");

データ変更のための ansible playbook の生成

例えばパッケージを追加する、といった diff が NSO で作成された場合、それに合わせてplaybook を作成します。
ncs-make-packages コマンドを使用して雛形を作成すると、MOP に合わせた method がそれぞれ存在するようなコードが作成されます。今回はそのまま使用しましたので、NedEditOp.CREATED については結果以下のようなコードとなりました。

AnsiblePlaybook/Task クラスは、今回のために作成した yaml 作成のためのユーティリティクラスです。

    public void create(NedWorker worker, NedEditOp op, AnsiblePlaybook ap, StringBuilder dryRun)
        throws Exception  {

        ConfObject[] kp = getKP(op);
        ConfKey key = (ConfKey)kp[0];
        ConfTag tag = (ConfTag)kp[1];

        if(tag.getTag().equals("packages")){
            // new package is added
            Task yumTask = new Task("yum");
            ap.addTask(yumTask);
            yumTask.addParam("name", key.elementAt(0).toString());
            yumTask.addParam("state", "latest");
        }

同様に、NedEditOp.DELETED/NedEditOp.VALUE_SET についても実装します。

完成品

作成した Generic NED を使用してみます。NSOへの設定は他のNEDの使用時と変わりません。

admin@ncs# show running-config devices device webserver
devices device webserver
 address   192.168.1.1
 port      22
 authgroup webserver
 device-type generic ned-id linux-gen-1.0
 state admin-state unlocked
admin@ncs#

sync-from してみる

Ansible Adhoc コマンドによって得た内容がCDBに入っています。

admin@ncs# devices device webserver sync-from
result true
admin@ncs#
admin@ncs# show running-config devices device webserver config services
devices device webserver
 config
  services NetworkManager-dispatcher.service
   status enabled
  !
  services NetworkManager-wait-online.service
   status enabled
  !
  services NetworkManager.service
   status enabled
  !
...
admin@ncs# show running-config devices device webserver config packages
devices device webserver
 config
  packages NetworkManager
  !
  packages NetworkManager-libnm
  !
  packages NetworkManager-team
  !
  packages NetworkManager-tui
...

一部不変な値は、Operational データとしました。

admin@ncs# show devices device webserver linux-facts
linux-facts architecture x86_64
linux-facts bios_date 12/12/2018
linux-facts bios_version 6.00
linux-facts distribution CentOS
linux-facts distribution_release Core
linux-facts distribution_version 7.7
admin@ncs#

Package をインストールしたり、削除したりしてみる。

NSO が作成する diff に合わせ、適切な ansible 用の playbook を作ります。

admin@ncs# conf
Entering configuration mode terminal
admin@ncs(config)# devices device webserver config
admin@ncs(config-config)# packages httpd
admin@ncs(config-packages-httpd)# packages firewalld
admin@ncs(config-packages-firewalld)# firewall open-port [ 80 443 ]
admin@ncs(config-config)# services httpd
admin@ncs(config-services-httpd)# status enabled
admin@ncs(config-services-httpd)# exit
admin@ncs(config-config)# no packages acl
admin@ncs(config-config)# commit dry-run outformat native
native {
    device {
        name webserver
        data - name: Configuration from NSO
               hosts: 192.168.1.1
               tasks:
                 - service:
                     name: httpd
                     state: started
                     enabled: enabled
                 - yum:
                     name: acl
                     state: absent
                 - yum:
                     name: httpd
                     state: latest
                 - firewalld:
                     port: 443
                     permanent: yes
                     state: enabled
                 - firewalld:
                     port: 80
                     permanent: yes
                     state: enabled
    }
}
admin@ncs(config-config)#

firewalld は既にインストールされているため、diff が作成されませんでした。そのため、上記結果には含まれていません。NSO の良い部分ですが、Ansible の冪等性の利点は無視していますね(笑

backend では、以下相当のものが動作します。残念ながら、ansible-playbook コマンドを実行するためには、yaml ファイルを作成しなければいけないようで、完全な "ワンライナー" は諦めました。

$ ANSIBLE_REMOTE_TMP=/tmp ANSIBLE_STDOUT_CALLBACK=json ANSIBLE_LOAD_CALLBACK_PLUGINS=True ansible-playbook -i 192.168.1.1, -e "ansible_user=root ansible_password=cisco123" test.yaml

ロールバック!

NSO の良いところです。rollback のdiff を作成することが出来ますので、それに合わせた playbook を自動生成することが出来ます。これは Ansible単体だと難しいのでは。

admin@ncs(config)# rollback configuration
admin@ncs(config)# commit dry-run
cli {
    local-node {
        data  devices {
                  device webserver {
                      config {
             +            packages acl {
             +            }
             -            packages httpd {
             -            }
             -            services httpd {
             -                status enabled;
             -            }
                          firewall {
             -                open-port [ 443 80 ];
                          }
                      }
                  }
              }
    }
}
admin@ncs(config)#
admin@ncs(config)# commit dry-run outformat native
native {
    device {
        name webserver
        data - name: Configuration from NSO
               hosts: 192.168.1.1
               tasks:
                 - service:
                     name: httpd
                     enabled: disabled
                 - yum:
                     name: acl
                     state: latest
                 - yum:
                     name: httpd
                     state: absent
                 - firewalld:
                     port: 443
                     permanent: yes
                     state: disabled
                 - firewalld:
                     port: 80
                     permanent: yes
                     state: disabled
    }
}
admin@ncs(config)#

初回変更では、acl パッケージを削除したため、再度インストールしています。

最後に

今回の例は、NSO と Ansible の良いとこ取りをしたような使い方かと思います。現時点で Ciscoは Ansible Generic NED を公開していませんので、ユーザ自身で作ってみるのも面白いと思います。

これからは、NSO vs Ansible ではなく、NSO + Ansible でいきましょう!

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