Cisco IOS 平行升級：提升網路維護效率的實戰策略

– 8 分鐘閱讀

在現今瞬息萬變的網路環境中，高效的網路自動化至關重要。我，玄貓，作為一位資深的網路技術工作者，深刻體會到網路自動化對於提升維護效率的重要性。本文將聚焦於 Cisco IOS 平行升級的實踐，分享我如何利用 Python 和 Netmiko 提升網路裝置維護效率的經驗。

IOS 升級：為何選擇平行處理？

傳統的 IOS 升級方式，需要逐一登入每台裝置進行操作，猶如一位工匠 meticulously 雕琢每一件作品，費時費力。當網路規模龐大，裝置數量眾多時，這種方式的效率極低，如同老牛拉車般緩慢。而平行處理則允許多台裝置同時升級，如同多架織布機同時運作，大幅縮短升級時間，降低維護視窗的影響，讓網路維護工作更加 agile。

技術方案：Python、Netmiko 與 SCP 的協同效應

我選擇 Python 作為自動化指令碼語言，如同一位指揮家，orchestrating 各個組成部分。Netmiko 函式庫則扮演著與 Cisco 裝置溝通的橋樑，其簡潔的 API 讓執行指令和設定變更如同行雲流水般順暢。檔案傳輸則採用 SCP 協定，如同一位可靠的信使，確保檔案的安全可靠傳輸。

程式碼實戰：建構 IOS 平行升級應用

以下程式碼片段展示瞭如何使用多執行緒實作 IOS 平行升級，如同多位工程師同時作業，加快升級進度：

import threading
from netmiko import ConnectHandler, SCPConn
import time

def upload_file(device, source_ios, destination_ios):
    net_connect = ConnectHandler(**device)
    net_connect.enable()
    net_connect.config_mode()
    net_connect.send_command('ip scp server enable')
    net_connect.exit_config_mode()
    scp_conn = SCPConn(net_connect)
    scp_conn.scp_transfer_file(source_ios, destination_ios)
    scp_conn.close()
    net_connect.config_mode()
    net_connect.send_command('no ip scp server enable')
    net_connect.exit_config_mode()
    print(f"已完成 {device['host']} 的上傳作業。")

def ios_upgrade(devices, source_ios, destination_ios):
    threads = []
    for device in devices:
        thread = threading.Thread(target=upload_file, args=(device, source_ios, destination_ios))
        threads.append(thread)
        thread.start()

    for thread in threads:
        thread.join()

    print("所有 IOS 升級作業已完成。")


# 裝置資訊
devices = [
    {'device_type': 'cisco_ios', 'host': '192.168.1.1', 'username': 'admin', 'password': 'password', 'secret': 'password'},
    {'device_type': 'cisco_ios', 'host': '192.168.1.2', 'username': 'admin', 'password': 'password', 'secret': 'password'},
]

# IOS 檔案路徑
source_ios = "path/to/your/ios_image.bin"
destination_ios = "flash:"

# 開始升級
ios_upgrade(devices, source_ios, destination_ios)

這段程式碼的核心概念是利用多執行緒，讓每個裝置的 IOS 檔案上傳作業都能獨立進行，如同多個作業員同時搬磚，加快整體工程進度。upload_file 函式負責單一裝置的檔案上傳，包含啟用 SCP server、傳輸檔案和關閉 SCP server 等步驟。ios_upgrade 函式則負責建立和管理多個執行緒，確保所有裝置的升級作業都能順利完成。

  graph LR
    B[B]
    C[C]
    D[D]
    E[E]
    F[F]
    G[G]
    H[H]
A[開始] --> B{建立多個執行緒};
B --> C{每個執行緒執行 upload_file 函式};
C --> D{啟用 SCP server};
D --> E{傳輸 IOS 檔案};
E --> F{關閉 SCP server};
F --> G{執行緒結束};
G --> H{所有執行緒完成};
H --> I[結束];

圖表説明: 此流程圖描述了 IOS 平行升級的過程，展現了多執行緒如何協同工作，完成多個裝置的 IOS 檔案上傳。

強化升級流程：連線測試、MD5 校驗和儲存空間檢查

在實際應用中，我發現，僅僅完成檔案上傳是不夠的。如同蓋房子，打好地基才能確保建築穩固。因此，我加入了以下機制，強化升級流程：

  1. 連線測試機制: 驗證目標裝置的連線狀態，如同檢查網路的脈搏，確保通暢無阻。
  2. MD5 校驗: 確保 IOS 檔案的完整性，如同驗證貨物的真偽，防止假冒偽劣。
  3. 儲存空間檢查: 確認裝置上有足夠的空間，如同規劃倉函式庫容量，避免捉襟見肘。

我根據多年經驗，設計了這些檢查機制，如同一位經驗豐富的醫生，為網路裝置進行全面的健康檢查，確保升級過程的穩定性和可靠性。

玄貓的實戰經驗分享

在實務操作中，我體會到，即使有了自動化指令碼，也需要根據實際網路環境進行調整和最佳化。例如，設定合理的執行緒數量，避免過多執行緒造成網路擁塞；在升級前備份裝置設定，以便在升級失敗時快速還原；以及制定完善的升級計劃，包含升級順序、回退方案等。這些經驗，如同一位老船長的航海日誌，記錄了在網路的汪洋大海中航行的點滴智慧。

透過 Python、Netmiko 和多執行緒技術，我們可以構建高效的 IOS 平行升級方案，如同為網路維護插上翅膀，讓網路管理更加輕鬆自如。希望我的經驗分享能幫助各位讀者，在網路自動化的道路上更上一層樓。


在現今瞬息萬變的網路環境中，手動升級網路裝置的 IOS 不僅效率低落，更容易產生人為錯誤。本文將探討如何運用 Python 和 Netmiko 函式庫，建構自動化的 Cisco IOS XE 升級流程，有效提升效率並降低風險。我將分享自身在實際專案中累積的經驗和技巧，並提供可直接使用的程式碼範例，搭配 圖表，讓您更容易理解整個流程。

## 自動化升級的必要性

傳統的手動升級方式需要逐一登入每台裝置，執行繁瑣的指令，耗時與容易出錯。尤其在大型網路環境中，手動操作更易造成網路中斷等嚴重後果。自動化升級則能有效解決這些問題，確保升級流程的一致性和可靠性，大幅降低維運成本。

## Python 與 Netmiko：自動化的利器

Python 作為功能強大的指令碼語言，結合 Netmiko 函式庫，能輕鬆實作網路裝置的自動化管理。Netmiko 提供簡潔的 API，可與各種網路裝置互動，執行指令並取得結果，簡化自動化流程的開發。

## 程式碼實戰：開發 IOS XE 自動化升級指令碼

以下程式碼片段示範如何使用 Python 和 Netmiko 實作 IOS XE 的自動化升級：

```python
from netmiko import ConnectHandler
import threading
import time
import re

# ... (其他函式定義，詳見後文)

def ios_upload(device_list_netmiko, device_list):
    #  上傳 IOS 檔案的實作細節 (後續補充)

def verify_ios_md5(device, device_info):
    # 驗證 IOS 檔案 MD5 值的實作細節 (後續補充)

# ... (其他函式定義)

此程式碼片段引入了必要的函式庫，並定義了 ios_upload 和 verify_ios_md5 兩個核心函式。ios_upload 負責將 IOS 映像檔上傳到裝置，而 verify_ios_md5 則用於驗證上傳檔案的完整性。

  graph LR
    B[B]
    No[No]
    Yes[Yes]
    A[開始] --> B{建立執行緒池}
    B --> C[連線裝置]
    C --> D[啟用 SCP]
    D --> E[傳輸 IOS 映像檔]
    E --> F[關閉 SCP]
    F --> G[驗證 MD5]
    G --> H[詢問是否多載]
    H -- Yes --> I[多載裝置]
    H -- No --> J[結束]
    I --> K[顯示裝置時間]
    K --> J

圖表説明：

此流程圖清晰地展現了 IOS 自動化升級的完整流程，包含建立執行緒池、連線裝置、啟用 SCP、傳輸映像檔、關閉 SCP、MD5 驗證、多載裝置以及顯示裝置時間等步驟。

MD5 驗證：確保檔案完整性

在升級過程中，驗證 IOS 檔案的完整性至關重要。程式碼中使用 MD5 校驗和，確保上傳的檔案與伺服器上的原始檔案一致，避免因檔案損壞導致的升級失敗。

多執行緒處理：提升效率

為了提升升級效率，程式碼採用多執行緒技術，可同時對多台裝置進行操作，大幅縮短升級時間，尤其在大型網路環境中，更能展現其優勢。

互動式多載：增強控制力

程式碼提供互動式選項，讓使用者決定是否立即多載裝置。這在實際應用中非常重要，可依據不同情況彈性控制升級流程，避免非預期的中斷。

捕捉升級前指令輸出

在升級前儲存裝置的當前狀態至關重要。以下程式碼片段示範如何使用多執行緒在多台裝置上執行 show command 並儲存輸出：

import threading
from netmiko import ConnectHandler

# ... (函式定義)

這段程式碼利用 netmiko 連線到 Cisco 裝置，並使用多執行緒技術同時在多台裝置上執行 show version、show running-config、show ip interface brief 和 show ip route 等指令，將輸出儲存到個別檔案中，方便後續比對與分析。

  graph LR
    B[B]
    F[F]
    A[開始] --> B{建立執行緒}
    B --> C[連線裝置]
    C --> D[執行 show command]
    D --> E[儲存輸出]
    E --> F{等待所有執行緒完成}
    F --> G[結束]

圖表説明：

此流程圖展示瞭如何使用多執行緒捕捉升級前指令輸出的過程。每個執行緒負責連線一台裝置，執行 show command 並儲存輸出，確保所有裝置的資訊都能被完整記錄。

變更開機設定

升級 IOS 的關鍵步驟之一是修改裝置的開機設定，確保裝置在下次重啟後能從新的 IOS 映像檔啟動。

def change_boot_var(device, new_ios):
    # ... (程式碼實作細節，後續補充)

此函式 change_boot_var 負責修改裝置的開機設定，將啟動映像檔設定為新的 IOS 檔案，確保裝置下次重啟時能載入新的 IOS。

透過 Python 和 Netmiko，我們可以輕鬆實作 Cisco IOS XE 的自動化升級，提升效率、降低風險，並提升網路管理的自動化程度。本文提供的程式碼範例和實戰技巧，希望能幫助網路工程師更好地應對網路升級的挑戰。 我個人在實務應用中，發現此方法能有效縮短升級時間，並減少人為錯誤，顯著提升了網路維運效率。

(後續可補充 ios_upload、verify_ios_md5 和 change_boot_var 等函式的程式碼實作細節，以及更詳細的程式碼説明和應用案例)

在現今瞬息萬變的網路環境中，網路裝置的穩定性和高效管理至關重要。手動升級 IOS 費時費力與容易出錯，因此自動化升級流程就顯得格外重要。本文分享我使用 Python 和 Netmiko 建立自動化 IOS 升級流程的經驗和技巧，涵蓋升級前檢查、檔案傳輸、升級過程監控和升級後驗證等關鍵步驟。

升級後驗證

完成升級後，驗證新的 IOS 是否已成功啟動並正常執行至關重要。以下程式碼片段示範如何比較升級前後的 show command 輸出，並生成 HTML 格式的差異報告：

import difflib

def post_check(device):
    ip = device['host']
    try:
        net_connect = ConnectHandler(**device)
        net_connect.enable()
        net_connect.send_command('terminal length 0')  # 避免分頁輸出

        for cmd, filename in [("show version", "showver"),
                              ("show running-config", "showrun"),
                              ("show ip interface brief", "showint"),
                              ("show ip route", "showroute")]:
            with open(f'{ip}_{filename}_post.txt', 'w+') as f_post, \
                 open(f'{ip}_{filename}_pre.txt', 'r') as f_pre:
                print(f"正在擷取重啟後的 '{cmd}' 資訊")
                output_post = net_connect.send_command(cmd)
                f_post.write(output_post)

                pre_lines = f_pre.readlines()
                post_lines = output_post.splitlines(keepends=True)  # 保持換行符以確保 diff 正確性

                difference = difflib.HtmlDiff(wrapcolumn=70).make_file(pre_lines, post_lines, f"{filename}_pre", f"{filename}_post")
                with open(f"{ip}_{filename}_compared.html", "w+") as diff_report:
                    diff_report.write(difference)

        net_connect.disconnect()

    except Exception as e:
        print(f"與 {ip} 連線發生錯誤: {e}")


for device in device_list:
    post_check(device)

post_check 函式連線到裝置，執行指定的 show command (show version, show running-config, show ip interface brief, show ip route)，並將輸出與升級前的輸出進行比較。它使用 difflib 函式庫生成 HTML 格式的差異報告，方便直觀地檢視組態變更。我特別加入了 terminal length 0 指令避免分頁輸出，確保完整擷取資訊。 此外，splitlines(keepends=True) 的使用確保換行符號被正確處理，提升差異比對的精確度。 這樣的設計可以有效地找出升級前後的設定差異，方便管理者快速確認升級結果。

  graph LR
    C[C]
    No[No]
    Yes[Yes]
    A[升級前儲存設定] --> B[執行升級程式];
    B --> C{升級成功?};
    C -- Yes --> D[升級後儲存設定];
    C -- No --> E[記錄錯誤並回報];
    D --> F[驗證設定與連線];

圖表説明： 此流程圖描述了 IOS 升級的關鍵步驟，包含升級前後的設定儲存、升級程式執行、成功與否的判斷，以及後續的驗證和錯誤處理。

這個自動化升級流程有效地減少了人工操作，提高了升級效率，並降低了出錯的風險。透過整合這些功能，您可以建立一個更強大的網路自動化解決方案。 我認為，自動化是未來網路管理的趨勢，能夠大幅提升效率和可靠性。

玄貓

玄貓

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。