Facebook使用ZTP扩展网络配置自动化

系统架构

摘要： Facebook遍布全球的网络是由广域主干网和边缘入网点组成的，后者用于支持面向终端用户的请求和内部流量。主干网和PoP均在快速发展中。为满足对网络配置和维护的需求，Facebook的网络工程团队构建了一种使用ZTP方法的工作流框架，称为VM（Vending Machine）。VM通过运行代码执行各种类型的网络设备配置。

作者： Hrishikesh Barua

正文：

Facebook遍布全球的网络是由广域主干网和边缘入网点（PoP，Points-of-Presence）组成的，后者用于支持面向终端用户的请求和内部流量。主干网和PoP均在快速发展中。为满足对网络配置和维护的需求，Facebook的网络工程团队构建了一种使用ZTP（零接触配置，Zero Touch Provisioning）方法的工作流框架，称为VM（Vending Machine）。VM通过运行代码执行各种类型的网络设备配置。

ZTP提供的机制支持无需任何人工介入，从设备的出厂默认状态开始配置交换机等网络设备。ZTP已得到了多家网络设备提供商的支持。ZTP包括在设备启动时发送请求（通常通过DHCP）、获取中央服务器的位置、从中央服务器下载并应用配置等，此外还可添加一些自动化工具，例如Chef和Puppet等。网络设备以往通常由运维人员手工使用CLI配置，现在可以通过ZTP实现自动配置。鉴于交换机设备厂商已经开始使用DHCP支持ZTP，Facebook团队正与IP路由器和光交换设备厂商一起致力于实现对类似特性的支持。Facebook团队现已完成重用基于DHCP的自动配置自动化工作。

Facebook过去曾经构建了一些网络自动化工具，但大部分网络配置是通过MOP（规程做法，Method of Procedure）实现的。MOP事实上就是文档化，例如runbooks等，工程人员必须遵章操作。随着部署需求的日益增加，导致企业需要雇佣更多的工程师运行MOP，事情变得更为复杂和易于出错。Facebook最初的配置系统源自于以控制台为基础的系统。但是历经数年的发展，其中已经添加了不少新的角色、路径和平台，这使得基于MOP的系统更难以使用。VM（Vending Machine）框架正是应此需求而生。据文章介绍，VM以“设备角色、定位和平台”为输入，返回“最新配置的网络设备，以及准备好交付的生产流量”为输出。

Facebook工程师在一次演讲中，介绍了企业构建VM的动机：

设备响应DHCPDISCOVER消息，之后或是给出一个配置文件，或是提供一个可在网络设备上执行的配置脚本。对于后者而言，脚本如何执行，以及脚本是否适合，取决于不同的设备厂商（目前为止如此）和网络角色。设备通常会在完成自身的配置后重启。现实中，在设备发布到生产环境之前，工程人员通常会有其它事情在做。因此配置不能先于物理安装设备而生成。但是如果配置没有预先生成，那么如何使用配置文件响应DHCP请求？这一问题促使我们去开发一个工作流自动化系统，实现对ZIP机制的包裹（wrap）。

演讲中指出，Facebook必须改进其DHCP栈。构建VM时，Facebook的DHCP栈基于ISC的开源DHCP服务器的。VM工作流的起始点是一块特定的Python代码，该代码将通过标准ZTP方法下载到网络设备上。Python代理从VM服务器下载指令、配置、固件和补丁到网络设备，进行安装，并返回输出日志和退出状态给VM。

图片来源：https://code.facebook.com/posts/166812063987311/scaling-the-facebook-backbone-through-zero-touch-provisioning/

在VM工作流模型中，工程团队可使用一系列运行任何语言代码的标准步骤。任一步骤如果发生失败，将会重新排入到队列中，进而在将来得以重新执行。每一个步骤中可以包括一个单独二进制程序。需要注意的是，各个步骤可以使用任何编程语言编写。团队正逐步从MOP中迁移出来，已开发了越来越多的VM步骤替代MOP。通过确定其中可独立的步骤，进而实现这些步骤的并行运行，VM进一步加速了配置过程。

在VM的未来路线图中还包括VM任务组的编排、Facebook全球网络中Plane的完全自动化重新构建。VM是近期在网络中应用DevOps原则这一浪潮的一个实例。

查看英文原文： Scaling Network Automation at Facebook Using Zero-Touch Provisioning