Kubenet：基於 Kubernetes 的網路自動化架構

引言

隨著雲原生技術的快速發展，Kubernetes 已成為容器編排的標準框架。然而，其應用範疇不僅限於應用程式管理，更可延伸至網路自動化領域。Kubenet 作為一個基於 Kubernetes 的網路自動化解決方案，透過 Kubernetes 的 API 機制，實現網路配置的抽象化與可編排性。本文將深入探討 Kubenet 的技術架構、核心特性與應用場景，並分析其在實際部署中的優勢與挑戰。

技術定義與核心概念

Kubenet 的起源與目標

Kubenet 創立於 Kubernetes 的 API 機制之上，旨在將 Kubernetes 的抽象能力應用於網路領域。其核心目標為建立可重用的元件，不僅針對網路，亦可應用於其他場景。透過 Kubernetes 的聲明式 API，Kubenet 支援意圖驅動的配置，實現網路自動化的可編排性。

Kubernetes API 機制的應用

Kubernetes 將複雜問題分解為可組合的元件（如 Deployment、Pod、Service 等），並透過聲明式 API 實現配置。Kubenet 延續此邏輯，將網路需求抽象為高層意圖（如部署 APN），並透過狀態映射與事件驅動機制，確保網路配置的可靠性與動態響應能力。

核心技術與架構

分層設計

Kubenet 採用分層設計，包含抽象層與實現層：

1. 抽象層：

   • 網路 API CRD：定義網路需求（如 Layer 2/3 網路），不指定技術實現（如 VXLAN、SRv6）。
   • 資源抽象：支援拓撲（Topology）、節點（Node）、鏈路（Link）、IP 地址、VLAN 等資源，內建於 Kubernetes API。

2. 實現層：

   • SDC（Schema-Driven Configuration）：將 Kubernetes 資源映射至 YANG 標準，支援 GNMI 與 NetCon 協議，用於 5G 核心（UPF、控制平面節點）配置。
   • QID（Resource Identifier）：提供資源唯一識別符，支援跨廠商設備的配置管理。
   • Choreography（編排層）：統一管理配置流程，確保變更控制與狀態同步。

技術整合

• GitOps 模式：透過 Git 管理配置版本，確保變更僅在成功執行後提交至主分支。
• 廠商中立設計：SDC 支援多廠商設備（Nokia、Cisco、Juniper 等），透過 YANG 標準實現配置抽象。

重要特性與應用場景

核心技術功能

• SDC（Schema-Driven Configuration）：

  • 將 Kubernetes 資源轉換為 YANG 模型，支援 GNMI/NetCon 協議。
  • 提供交易性機制，確保配置提交的可靠性。
  • 模組化設計，可 Plug-in 到不同環境。

• QID（Kubernetes Identifiers）：

  • 提供 Kubernetes 原生識別符號映射，支援網路設備拓撲與 IP 管理。
  • 設計為可插拔元件，兼容不同環境需求。

• Choreography（Coro）：

  • 作為 orchestrator 層，解決 Kubernetes 生態中缺乏圖形化關係管理的問題。
  • 引入版本控制與關係建模，支援複雜網路配置。
  • 提供主動回饋機制（active reconciliation loop），區別於 Ansible/Terraform 的狀態耦合。

實際應用案例

Kubenet 已於 5G 核心網路配置（如 UPF、控制平面節點）中應用，支援多廠商設備的抽象配置。透過 SDC 與 QID 的整合，實現從抽象模型到設備特定配置的轉換，並結合 GitOps 工具鏈確保配置應用的可靠性。

優勢與挑戰

優勢

• 可擴展性：基於 Kubernetes 的生態系統，支援多種網路場景與設備。
• 可靠性：透過交易性機制與 GitOps 模式，確保配置提交的穩定性。
• 廠商中立：SDC 支援多廠商設備，降低配置抽象的複雜度。

挑戰

• 配置抽象化與設備特定轉換：需處理不同廠商的配置邏輯，透過模板化與參數化實現。
• 工具鏈整合：需結合 GitOps 工具（如 GitHub）與網路管理工具（如 Netbox Operator）。
• AI 代理整合：未來需進一步整合代理 AI 與傳統自動化工具，簡化複雜場景的配置。

總結

Kubenet 透過 Kubernetes 的 API 機制，實現網路配置的版本控制、關係建模與主動回饋，提供可擴展的工具鏈支援從抽象模型到設備特定配置的轉換。其核心技術包括 SDC、QID 與 Choreography，解決關鍵基礎設施的可靠性、狀態感知與工具整合等挑戰。未來，Kubenet 預計提交至 CNCF 基金會，建立完整社區支持，並強化 AI 代理與自動化工具的整合，推動 Telco 領域的應用。