本書首先從Python的基本概述開始，介紹如何與遺留設備以及支持API的網絡設備交互。了解如何利用高級Python包和框架來實現(xiàn)網絡自動化任務、監(jiān)控、管理和增強的網絡安全性，然后介紹Azure和AWS云網絡。最后，使用Jenkins實現(xiàn)持續(xù)集成，并使用測試工具驗證網絡。
前言
正如查爾斯·狄更斯在《雙城記》中所寫:“這是最好的時代,這是最壞的時代;這是智慧的時代,這是愚昧的時代”。這些看似矛盾的語句完美地描述了變革與轉型時期的混亂和情緒。毫無疑問,隨著網絡工程領域的快速變化,我們正經歷著類似的時期。隨著軟件開發(fā)日益集成到網絡的各個方面,傳統(tǒng)的命令行界面和垂直集成的網絡棧方法不再是管理當今網絡的最佳方法。對網絡工程師來說,我們看到的變化充滿了興奮和機遇,但也充滿挑戰(zhàn),尤其是對于那些需要快速適應并跟上變化的人。寫這本書的目的是要提供一個實用指南,介紹如何從一個傳統(tǒng)平臺發(fā)展為基于軟件驅動實踐構建的平臺,幫助網絡專業(yè)人員更輕松地適應這種轉型。
在這本書中,我們選擇使用Python作為掌握和處理網絡工程任務的編程語言。Python是一個易于學習的高級編程語言,可以有效地激發(fā)網絡工程師的創(chuàng)造力,并提供他們解決問題的能力,以優(yōu)化日常操作。Python正在成為很多大型網絡不可少的組成部分,我希望能夠通過這本書與你分享我的一些經驗教訓。
自這本書第1版和第2版出版以來,我與本書的很多讀者進行了有趣而有意義的對話。
前兩版的成功讓我受寵若驚,并把收到的反饋銘記于心。在第3版中,我努力加入了很多更新的庫,使用最新的軟件和更新的硬件平臺來更新現(xiàn)有的例子,另外還增加了我認為對當今網絡工程師很重要的兩章。
變革的時代為技術進步提供了巨大機遇。這本書中的概念和工具對我的職業(yè)生涯有很大幫助,希望對你也能有同樣的幫助。
本書面向對象
這本書非常適合IT專業(yè)人員和運維工程師,他們已經在管理網絡設備組,希望擴展他們的知識使用Python和其他工具來迎接網絡挑戰(zhàn)。學習這本書建議具備基本的網絡和Python知識。
本書內容
第1章 TCP/IP協(xié)議簇和Python回顧回顧了當今互聯(lián)網通信的基礎技術,從OSI和客戶-服務器模型談到TCP、UDP和IP協(xié)議簇。這一章還回顧了Python語言的基礎知識,例如類型、操作符、循環(huán)、函數(shù)和包。
第2章 低層網絡設備交互使用實際示例來說明如何在一個網絡設備上使用Python執(zhí)行命令,還將討論自動化中只使用CLI接口面對的挑戰(zhàn)。這一章將使用Pexpect、Paramiko、Netmiko和Nornir庫給出一些例子。
第3章 API和意圖驅動網絡討論支持應用編程接口(API)和其他高層交互方法的更新的網絡設備。這里還介紹了支持低層任務抽象同時關注網絡工程師意圖的工具。這一章對CiscoNX-API、Meraki、JuniperPyEZ、AristaPyeapi和VyattaVyOS做了討論并給出了相關示例。
第4章 Python自動化框架:Ansible基礎討論了Ansible基礎知識,這是一個開源的、基于Python的自動化框架。Ansible比API更進了一步,重點關注聲明性的任務意圖。這一章中,我們將介紹使用Ansible及其高層架構的優(yōu)勢,還會看到在Cisco、Juniper和Arista設備上使用Ansible的一些實際例子。
第5章 Python自動化框架:進階建立在前一章知識的基礎上,涵蓋了更高級的Ansible主題,包括條件、循環(huán)、模板、變量、AnsibleVault和角色。此外,還會介紹編寫自定義模塊的基礎知識。
第6章 使用Python實現(xiàn)網絡安全將介紹幾個幫助保護網絡安全的Python工具,這里將討論使用Scapy完成安全性測試、使用Ansible快速實現(xiàn)訪問列表,以及使用Python進行網絡取證分析。
第7章 使用Python實現(xiàn)網絡監(jiān)控:第1部分將介紹使用不同的工具監(jiān)控網絡。這一章包含使用SNMP和PySNMP來查詢以獲得設備信息的一些例子。另外會給出Matplotlib和Pygal示例,繪圖顯示結果,這一章最后會給出一個使用Python腳本作為輸入源的Cacti示例。
第8章 使用Python實現(xiàn)網絡監(jiān)控:第2部分將介紹更多網絡監(jiān)控工具。這一章首先介紹使用Graphviz由LLDP信息繪制網絡圖。接下來使用NetFlow和其他技術實現(xiàn)基于推送機制的網絡監(jiān)控示例。我們將使用Python解碼流數(shù)據(jù)包并使用ntop可視化結果,還將對Elasticsearch做一個概述,并介紹這個工具如何用于網絡監(jiān)控。
第9章 使用Python構建網絡Web服務將介紹如何使用PythonFlaskWeb框架創(chuàng)建你自己的網絡自動化API。網絡API有很多好處,如從網絡詳細信息抽象請求者、整合和定制操作,以及通過限制可用操作來提供更好的安全性。
第10章 AWS云網絡將展示如何使用AWS構建一個功能強大而且有彈性的虛擬網絡。我們將介紹一些虛擬私有云技術,如CloudFormation、VPC路由表、訪問列表、彈性IP、NAT網關、DirectConnect以及其他一些相關主題。
第11章 Azure云網絡將介紹Azure提供的網絡服務以及如何由此構建網絡服務。我們將討論AzureVNet、ExpressRoute和VPN、Azure網絡負載均衡器以及其他一些相關的網絡服務。
第12章 使用ElasticStack完成網絡數(shù)據(jù)分析會展示如何使用ElasticStack作為一組緊密集成的工具來幫助我們分析和監(jiān)控網絡。我們將介紹從安裝、配置、用Logstash和Beats導入數(shù)據(jù),以及使用Elasticsearch搜索數(shù)據(jù),直到用Kibana進行可視化的各個方面。
第13章 使用Git將介紹怎樣充分利用Git進行協(xié)作和代碼版本控制。這一章將給出使用Git完成網絡操作的實際示例。
第14章 使用Jenkins持續(xù)集成將介紹使用Jenkins自動創(chuàng)建操作流水線,從而節(jié)省時間并提高可靠性。
第15章 網絡測試驅動開發(fā)將解釋如何使用Python的unittest和pytest創(chuàng)建簡單的測試來驗證代碼。我們還會看到為驗證可達性、網絡延遲、安全性和網絡事務編寫網絡測試的例子。另外會介紹如何在持續(xù)集成工具(例如Jenkins)中集成測試。
目錄
序一
序二
前言
第1章 TCP/IP協(xié)議簇和Python回顧 1
1.1 互聯(lián)網概述 2
1.1.1 服務器、主機和網絡組件 3
1.1.2 數(shù)據(jù)中心的興起 3
1.2 OSI模型 6
1.3 客戶-服務器模型 8
1.4 網絡協(xié)議簇 8
1.4.1 傳輸控制協(xié)議 9
1.4.2 用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議 10
1.4.3 Internet協(xié)議 11
1.5 Python語言概述 13
1.5.1 Python版本 14
1.5.2 操作系統(tǒng) 15
1.5.3 運行Python程序 15
1.5.4 Python內置類型 16
1.5.5 Python操作符 22
1.5.6 Python控制流工具 23
1.5.7 Python函數(shù) 25
1.5.8 Python類 26
1.5.9 Python模塊和包 26
1.6 小結 28
第2章 低層網絡設備交互 29
2.1 CLI的挑戰(zhàn) 30
2.2 構建虛擬實驗室 31
2.2.1 物理設備 31
2.2.2 虛擬設備 31
2.2.3 CiscoVIRL 32
2.2.4 CiscoDevNe和dCloud 36
2.2.5 GNS3 37
2.3 PythonPexpect庫 39
2.3.1 Python虛擬環(huán)境 39
2.3.2 Pexpect安裝 40
2.3.3 Pexpect概述 41
2.3.4 第一個Pexpect程序 46
2.3.5 更多Pexpect特性 47
2.3.6 Pexpect和SSH 48
2.3.7 Pexpect示例集成 49
2.4 PythonParamiko庫 51
2.4.1 Paramiko安裝 51
2.4.2 Paramiko概述 52
2.4.3 第一個Paramiko程序 55
2.4.4 更多Paramiko特性 56
2.4.5 Paramiko示例集成 57
2.5 Netmiko庫 59
2.6 Nornir框架 61
2.7 小結 64
第3章 API和意圖驅動網絡 65
3.1 基礎設施即代碼 66
3.1.1 意圖驅動網絡 66
3.1.2 屏幕抓取與API結構化輸出 67
3.1.3 基礎設施即代碼的數(shù)據(jù)建模 70
3.1.4 YANG和NETCONF 71
3.2 CiscoAPI和ACI 72
3.2.1 CiscoNX-API 72
3.2.2 CiscoYANG模型 78
3.2.3 CiscoACI和APIC-EM 80
3.3 CiscoMeraki控制器 82
3.4 JuniperNetworks的PythonAPI 84
3.4.1 Juniper和NETCONF 84
3.4.2 面向開發(fā)人員的JuniperPyEZ 89
3.5 AristaPythonAPI 93
3.5.1 AristaeAPI管理 94
3.5.2 AristaPyeapi庫 98
3.6 VyOS示例 103
3.7 其他庫 104
3.8 小結 105
第4章 Python自動化框架:Ansible基礎 106
4.1 Ansible:更具聲明性的框架 107
4.2 一個簡單的Ansible示例 108
4.2.1 控制節(jié)點安裝 109
4.2.2 從源代碼運行不同版本的Ansible 110
4.2.3 實驗室設置 111
4.2.4 第一個Ansibleplaybook 111
4.3 Ansible的優(yōu)點 115
4.3.1 無代理 116
4.3.2 冪等性 116
4.3.3 簡單而且可擴展 116
4.3.4 網絡供應商支持 117
4.4 Ansible架構 118
4.4.1 YAML 119
4.4.2 清單文件 120
4.4.3 變量 121
4.4.4 使用Jinja2模板 126
4.5 Ansible網絡模塊 126
4.5.1 本地連接和fact 126
4.5.2 provider參數(shù) 127
4.6 AnsibleCisco示例 129
4.7 Ansible2.8playbook示例 132
4.8 AnsibleJuniper示例 136
4.9 AnsibleArista示例 137
4.10 小結 138
第5章 Python自動化框架:進階 140
5.1 實驗室準備 140
5.2 Ansible條件 141
5.2.1 when子句 141
5.2.2 Ansible網絡fact 144
5.2.3 網絡模塊條件 147
5.3 Ansible循環(huán) 149
5.3.1 標準循環(huán) 149
5.3.2 基于字典的循環(huán) 151
5.4 模板 154
5.4.1 Jinja2模板變量 156
5.4.2 Jinja2循環(huán) 157
5.4.3 Jinja2條件 157
5.5 組和主機變量 160
5.5.1 組變量 161
5.5.2 主機變量 162
5.6 AnsibleVault 163
5.7 Ansibleinclude和角色 165
5.7.1 Ansibleinclude語句 165
5.7.2 Ansible角色 167
5.8 編寫你自己的自定義模塊 171
5.8.1 第一個自定義模塊 171
5.8.2 第二個自定義模塊 174
5.9 小結 175
第6章 使用Python實現(xiàn)網絡安全 176
6.1 實驗室設置 176
6.2 PythonScapy 180
6.2.1 安裝Scapy 181
6.2.2 交互式示例 182
6.2.3 使用Scapy捕獲數(shù)據(jù)包 185
6.2.4 TCP端口掃描 186
6.2.5 ping收集 191
6.2.6 常見攻擊 192
6.2.7 Scapy資源 193
6.3 訪問列表 193
6.3.1 用Ansible實現(xiàn)訪問列表 194
6.3.2 MAC訪問列表 197
6.4 syslog搜索 199
6.5 其他工具 202
6.5.1 私有VLAN 202
6.5.2 用Python使用UFW 203
6.6 延伸閱讀 204
6.7 小結 204
第7章 使用Python實現(xiàn)網絡監(jiān)控:第1部分 206
7.1 實驗室設置 207
7.2 SNMP 207
7.2.1 設置 208
7.2.2 PySNMP 210
7.3 Python實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化 216
7.3.1 Matplotlib 217
7.3.2 Pygal 223
7.4 Python用于Cacti 227
7.4.1 安裝 228
7.4.2 Python腳本作為輸入源 229
7.5 小結 232
第8章 使用Python實現(xiàn)網絡監(jiān)控:第2部分 233
8.1 Graphviz 234
8.1.1 實驗室設置 234
8.1.2 安裝 236
8.1.3 Graphviz示例 236
8.1.4 PythonGraphviz示例 237
8.1.5 LLDP鄰居繪圖 238
8.2 基于流的監(jiān)控 248
8.3 ntop流量監(jiān)控 254
8.3.1 ntop的Python擴展 256
8.3.2 sFlow 260
8.4 小結 265
第9章 使用Python構建網絡 Web服務 266
9.1 比較PythonWeb框架 267
9.2 Flask和實驗室設置 269
9.3 Flask介紹 270
9.3.1 HTTPie客戶 271
9.3.2 URL路由 273
9.3.3 URL變 量 274
9.3.4 URL生成 275
9.3.5 Jsonify返回 277
9.4 網絡資源API 278
9.4.1 Flask-SQLAlchemy 278
9.4.2 網絡內容API 280
9.4.3 設備API 283
9.4.4 設備IDAPI 286
9.5 網絡動態(tài)操作 286
9.6 認證和授權 292
9.7 在容器中運行Flask 295
9.8 小結 298
第10章 AWS云網絡 300
10.1 AWS設置 301
10.2 AWS網絡概述 305
10.3 虛擬私有云 311
10.3.1 路由表和路由目標 315
10.3.2 用CloudFormation實現(xiàn)動畫 317
10.3.3 安全組和網絡ACL 321
10.3.4 彈性IP 323
10.3.5 NAT網關 325
10.4 DirectConnect和VPN 326
10.4.1 VPN網關 326
10.4.2 DirectConnect 326
10.5 網絡伸縮服務 328
10.5.1 彈性負載均衡 328
10.5.2 Route53DNS服務 329
10.5.3 CloudFrontCDN服務 329
10.6 其他AWS網絡服務 330
10.7 小結 330
第11章 Azure云網絡 332
11.1 Azure和AWS網絡服務比較 333
11.2 Azure設置 334
11.3 Azure管理和API 336
11.3.1 Azure服務原則 339
11.3.2 Python與PowerShell 341
11.4 Azure全球基礎設施 341
11.5 Azure虛擬網絡 343
11.5.1 互聯(lián)網訪問 344
11.5.2 網絡資源創(chuàng)建 348
11.5.3 VNet服務端點 349
11.5.4 VNet對等連接 350
11.6 VNet路由 353
11.7 AzureVPN 360
11.8 AzureExpressRoute 363
11.9 Azure網絡負載均衡器 364
11.10 其他Azure網絡服務 365
11.11 小結 366
第12章 使用ElasticStack完成網絡數(shù)據(jù)分析 367
12.1 ElasticStack是什么? 367
12.2 實驗室拓撲 369
12.3 ElasticStack作為服務 373
12.4 第一個端到端示例 375
12.5 Elasticsearch與Python客戶端交互 379
12.6 使用Logstash實現(xiàn)數(shù)據(jù)攝取 381
12.7 使用Beats實現(xiàn)數(shù)據(jù)攝取 383
12.8 使用Elasticsearch實現(xiàn)搜索 389
12.9 使用Kibana實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化 394
12.10 小結 398
第13章 使用Git 399
13.1 內容管理問題和Git 399
13.2 Git介紹 400
13.2.1 Git的好處 401
13.2.2 Git術語 402
13.2.3 Git和GitHub 402
13.3 設置Git 403
13.4 Git使用示例 405
13.5 Git分支 410
13.6 使用Python操作Git 420
13.6.1 GitPython 420
13.6.2 PyGitHub 421
13.7 自動化配置備份 423
13.8 使用Git協(xié)作 425
13.9 小結 426
第14章 使用Jenkins持續(xù)集成 427
14.1 傳統(tǒng)變更管理過程 427
14.2 持續(xù)集成介紹 429
14.3 安裝Jenkins 429
14.4 Jenkins示例 432
14.4.1 執(zhí)行Python腳本的第一個作業(yè) 432
14.4.2 Jenkins插件 437
14.4.3 網絡持續(xù)集成示例 439
14.5 使用Python操作Jenkins 446
14.6 網絡的持續(xù)集成 448
14.7 小結 448
第15章 網絡測試驅動開發(fā) 449
15.1 測試驅動開發(fā)概述 449
15.2 拓撲作為代碼 451
15.2.1 Python的unittest模塊 456
15.2.2 關于Python測試 460
15.2.3 pytest示例 461
15.3 編寫網絡測試 464
15.3.1 測試可達性 464
15.3.2 測試網絡延遲 466
15.3.3 測試安全性 467
15.3.4 測試事務 467
15.3.5 測試網絡配置 468
15.3.6 測試Ansible 468
15.4 pytest與Jenkins集成 469
15.5 pyATS和Genie 473
15.6 小結 477
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