Cisco IOS 裝置升級自動化實戰

在網路管理的領域中，Cisco IOS 裝置的升級作業至關重要，它不僅能修復漏洞、提升效能，還能引入新功能。然而，傳統的手動升級方式費時費力與容易出錯。本文將分享我使用 Python 和 Netmiko 開發的自動化升級流程，並融入個人經驗和最佳實務，希望能幫助大家提升網路升級的效率和可靠性。

自動化升級流程解析

我的自動化升級流程主要包含以下四個步驟：

1. 版本比對： 在升級前，我會使用 show version 命令取得裝置目前的 IOS 版本資訊，並利用 Python 的 difflib 函式庫與新版本進行比對。為了更直觀地呈現差異，我將比對結果輸出為 HTML 格式的報告。

import difflib

def compare_versions(pre_version, post_version, ip):
    diff = difflib.HtmlDiff().make_file(pre_version.splitlines(), post_version.splitlines(), "舊版本", "新版本")
    with open(f"{ip}_version_diff.html", "w") as f:
        f.write(diff)

這段程式碼的核心在於使用 difflib.HtmlDiff() 產生 HTML 格式的版本差異報告，讓使用者可以清楚地看到新舊版本之間的變更。

2. 變更啟動設定： 使用 Netmiko 的 send_config_set 方法，將新的 IOS 映像檔設定為啟動組態。為了確保設定的正確性，我會在指令中包含 do write memory 指令。

from netmiko import ConnectHandler

def change_boot_config(device, new_ios):
    try:
        with ConnectHandler(**device) as conn:
            conn.enable()
            conn.send_config_set([f"no boot system", f"boot system flash:/{new_ios}", "do write memory"])
    except Exception as e:
        print(f"設定啟動組態錯誤：{e}")

這段程式碼使用 Netmiko 連線到裝置，並傳送設定指令來變更啟動設定，確保裝置在下次啟動時使用新的 IOS 映像檔。try...except 區塊用於捕捉潛在的錯誤。

3. 重啟裝置並驗證： 使用 reload 命令重啟裝置，並在重啟完成後再次使用 show version 命令驗證新版本是否已成功啟動。

def reload_and_verify(device, expected_version):
    try:
        with ConnectHandler(**device) as conn:
            conn.enable()
            conn.send_command_timing("reload")
            # 等待裝置重啟完成 (此處需要根據實際情況調整等待時間和判斷方式)
            post_reload_version = conn.send_command("show version")
            if expected_version in post_reload_version:
                print("IOS 升級成功")
            else:
                print("IOS 升級失敗")
    except Exception as e:
        print(f"重啟驗證錯誤：{e}")

這段程式碼負責重啟裝置並驗證升級結果。send_command_timing 函式用於處理 reload 命令執行過程中可能出現的延遲。

4. 多執行緒處理： 為了提升效率，我使用多執行緒同時升級多台裝置。

import threading

def upgrade_devices(devices, new_ios, expected_version):
    threads = []
    for device in devices:
        thread = threading.Thread(target=upgrade_device, args=(device, new_ios, expected_version))
        threads.append(thread)
        thread.start()

    for thread in threads:
        thread.join()

利用多執行緒技術，可以同時升級多台裝置，大幅縮短升級所需的時間，提升整體效率。

升級流程

  graph LR
    B[B]
    D[D]
A[版本比對] --> B{變更啟動設定};
B --> C[重啟裝置];
C --> D{驗證版本};

最佳實務與經驗分享

• 模組化設計： 將程式碼拆分為多個函式，提升程式碼的可讀性和可維護性。
• 錯誤處理： 加入 try…except 區塊，捕捉並處理程式執行過程中可能發生的錯誤，提高程式碼的穩定性。
• 日誌記錄： 記錄升級過程中的關鍵資訊，方便日後追蹤和除錯。
• 版本控制： 使用 Git 等版本控制系統管理程式碼，方便追蹤版本變更和回復。

我計劃在未來加入更多功能，例如自動備份組態、整合自動化測試等，使整個升級流程更加完善和可靠。

  gantt
    dateFormat  YYYY-MM-DD
    title       IOS 升級專案時程
    excludes    weekends
    section 準備階段
    版本比對       :a1, 2025-04-01, 1d
    備份組態             :after a1, 1d
    section 升級階段
    變更啟動設定             :b1, after a1, 1d
    重啟裝置             :after b1, 1d
    驗證版本             :after b2, 1d

在現今錯綜複雜的網路環境中，有效管理 IP 位址和資料中心基礎設施至關重要。NetBox，一個根據 Python Django 框架的開源 IP 位址管理（IPAM）和資料中心基礎設施管理（DCIM）工具，提供了一個全面的解決方案。它不僅能協助管理 IP 位址，簡化組態流程，更能作為網路自動化的單一資料來源，大幅提升網路管理效率。本文將探討 NetBox 的核心概念和功能，並逐步引導您在 Ubuntu 22.04 LTS 上進行安裝和設定。

NetBox 核心概念：以 “Site” 為中心

NetBox 的核心概念是 “Site”，它通常代表一個實際的地理位置，例如建築物或校園。每個 Site 都需要一個唯一的名稱，並且可以關聯到一個區域或租戶。Site 作為 NetBox 的核心，與地理位置、租戶、機架以及裝置、網路介面、VLAN 等組態資訊 (CI) 相關聯。

  graph LR
    Device[Device]
    IP_Address[IP_Address]
    Interface[Interface]
    Location[Location]
    Rack[Rack]
    Region[Region]
    Site[Site]
    Tenant[Tenant]
    VLAN[VLAN]
    Site --> Region
    Site --> Location
    Site --> Tenant
    Site --> Rack
    Site --> Device
    Site --> Interface
    Site --> VLAN
    Site --> IP_Address

上述 圖表清楚地展現了 Site 與其他 NetBox 元素之間的關係。Site 位於中心，連結到 Region、Location、Tenant、Rack、Device、Interface、VLAN 和 IP_Address 等相關元素，形成一個以 Site 為中心的網路拓撲結構。我認為這樣的設計，能有效地組織和管理不同層級的網路資源。

NetBox IPAM：高階概覽

NetBox 的主要功能是 IPAM，它應該作為網路中所有 IP 位址的單一真相來源。一個 IP 位址通常與一個介面（實體/虛擬）、父字首和子字首相關聯。該介面隸屬於一個 IP 裝置，而父字首則與聚合網路相關聯。

  graph LR
    Aggregated_Network[Aggregated_Network]
    Child_Prefix[Child_Prefix]
    Device[Device]
    IP_Address[IP_Address]
    Interface[Interface]
    Parent_Prefix[Parent_Prefix]
    IP_Address --> Interface
    IP_Address --> Parent_Prefix
    IP_Address --> Child_Prefix
    Interface --> Device
    Parent_Prefix --> Aggregated_Network

這個 圖表説明瞭 NetBox 中 IP 位址的屬性及其關係。IP_Address 連結到 Interface、Parent_Prefix 和 Child_Prefix，而 Interface 連結到 Device，Parent_Prefix 連結到 Aggregated_Network。這樣的設計，讓管理者可以清楚地瞭解每個 IP 位址的歸屬和階層關係，避免 IP 位址衝突，並有效地規劃 IP 位址的使用。

將 NetBox 轉變為多租戶 IPAM

對於管理多個客戶網路的 MSP (Managed Service Provider) 而言，NetBox 的多租戶功能至關重要。您可以使用 Region 來代表客戶，使用 sub-region 來代表國家或州，然後將這些 Region 與 Site 關聯起來。這種模型非常適用於 MSP 環境，因為多個組織的資訊將儲存在同一個資料函式庫中，卻又能有效區隔。

  graph LR
    MSP[MSP]
    Site[Site]
    MSP --> Region(Customer)
    Region --> SubRegion(Country/State)
    SubRegion --> Site

這個 圖表展示瞭如何在 NetBox 中使用 Region 建模 MSP 環境。MSP 管理多個 Region (Customer)，每個 Region 又包含多個 SubRegion (Country/State)，最後 SubRegion 與 Site 關聯。我認為，這種階層式的設計，能有效地隔離不同客戶的網路資源，同時方便 MSP 進行集中管理。

在 Ubuntu 22.04 LTS 上安裝 NetBox 3

以下步驟概述了在 Ubuntu 22.04.1 LTS 伺服器上安裝 NetBox 的完整過程：

1. 驗證 Python 版本並更新套件函式庫： 您的 Python 版本必須至少為 3.8。

   python3 -V  # 確認 Python3 版本
   sudo apt update  # 更新套件函式庫
   

   首先，我們使用 python3 -V 確認系統上的 Python3 版本是否符合 NetBox 的需求。接著，使用 sudo apt update 更新系統的套件函式庫，確保我們安裝的套件都是最新版本。

2. 安裝 PostgreSQL、Redis 和必要的 Python 套件：

   sudo apt install -y postgresql redis-server python3 python3-pip python3-venv python3-dev build-essential libxml2-dev libxslt1-dev libffi-dev libpq-dev libssl-dev zlib1g-dev
   

   這段程式碼一次性安裝了所有 NetBox 需要的套件，包含 PostgreSQL 資料函式庫、Redis 快取伺服器，以及 Python 相關的套件和函式庫。這樣的做法可以簡化安裝流程，避免個別安裝時可能遇到的相依性問題。

3. 啟動 PostgreSQL 和 Redis 服務：

   sudo systemctl start postgresql
   sudo systemctl enable postgresql  # 設定 PostgreSQL 開機自動啟動
   sudo systemctl start redis-server
   sudo systemctl enable redis-server  # 設定 Redis 開機自動啟動
   

   安裝完 PostgreSQL 和 Redis 後，我們需要啟動它們的服務，並設定開機自動啟動，確保 NetBox 可以正常使用這些服務。

後續的安裝步驟，包含建立 NetBox 使用者、設定資料函式庫、下載 NetBox 原始碼等，將在下一篇文章中詳細説明。敬請期待！

深入 NetBox 架構

在正式開始佈署之前，先讓我們瞭解 NetBox 的系統架構。它採用模組化設計，各個元件協同工作，提供完整的網路管理功能。

  graph LR
    subgraph Client
        A[瀏覽器] --> B(Web 伺服器)
    end
    B --> C[NetBox 應用程式]
    C --> D(PostgreSQL 資料函式庫)
    C --> E(Redis 快取)

圖表説明： 客戶端透過瀏覽器與 Web 伺服器互動，Web 伺服器將請求轉發至 NetBox 應用程式。NetBox 應用程式則與 PostgreSQL 資料函式庫和 Redis 快取進行資料交換，確保高效能的資料存取。

NetBox 佈署實戰

接下來，我將逐步引導你完成 NetBox 的安裝與設定。

安裝必要套件與升級

首先，根據實際需求，我們可以安裝額外的 Python 套件。舉例來説，napalm 套件能增強 NetBox 的網路自動化能力：

sudo sh -c "echo 'napalm' >> /opt/netbox/local_requirements.txt"

這段程式碼將 napalm 這個強大的網路自動化工具加入到 local_requirements.txt 檔案中。它能與 NetBox 無縫整合，實作網路裝置的自動化組態和管理，大幅提升效率。我個人非常推薦使用 napalm 來簡化繁瑣的網路操作。

接著，執行升級指令以安裝所有必要的套件和設定 NetBox：

sudo /opt/netbox/upgrade.sh

這個指令碼會自動安裝所有在 local_requirements.txt 中指定的套件，同時更新 NetBox 程式碼、建立資料函式庫，並執行必要的資料函式庫遷移。它就像一個自動化的管家，幫我們處理所有繁瑣的設定工作。

建立超級使用者與測試 NetBox

建立超級使用者帳號，以便登入和管理 NetBox：

source /opt/netbox/venv/bin/activate
cd /opt/netbox/netbox
python3 manage.py createsuperuser

首先，我們啟動 NetBox 的虛擬環境，確保所有相依套件正確載入。接著，使用 Django 內建的 createsuperuser 指令建立一個擁有最高許可權的超級使用者帳號。

設定排程任務，讓 NetBox 自動執行日常維護工作：

sudo ln -s /opt/netbox/contrib/netbox-housekeeping.sh /etc/cron.daily/netbox-housekeeping

透過建立符號連結，我們將 NetBox 的日常維護指令碼 netbox-housekeeping.sh 加入到系統的每日排程任務中。這能自動清理過期資料、更新快取等，確保 NetBox 保持最佳效能。

在開發環境中測試 NetBox：

python3 manage.py runserver 0.0.0.0:8000 --insecure

這段程式碼啟動 NetBox 的開發伺服器，方便我們在瀏覽器中直接測試 NetBox 的功能。--insecure 引數允許我們跳過一些安全檢查，加速開發流程。

NetBox 佈署流程圖

以下流程圖總結了 NetBox 的安裝步驟：

  graph LR
    B[B]
    D[D]
    H[H]
    A[安裝 Redis 和 Python] --> B{建立 NetBox 目錄}
    B --> C[下載 NetBox 程式碼]
    C --> D{建立 NetBox 使用者}
    D --> E[設定 NetBox]
    E --> F[安裝額外套件]
    F --> G(升級 NetBox)
    G --> H{建立超級使用者}
    H --> I[測試 NetBox]

圖表説明： 這個流程圖清晰地展示了 NetBox 的安裝步驟，從準備環境到最終測試，涵蓋了所有關鍵環節。

NetBox 進階應用

完成 NetBox 的基本佈署後，你可以根據自身需求進行更進一步的設定和客製化，例如新增裝置、IP 位址、線路連線等資訊。NetBox 提供了豐富的功能和 API，讓你能更有效地管理網路基礎設施。

我建議深入探索 NetBox 的檔案和社群資源，持續學習並發掘更多進階應用技巧。透過靈活運用 NetBox，你將能開發一個真正符合自身需求的強大網路管理平台。