什么是 gNMI（gRPC 网络管理接口）？

gNMI（gRPC 网络管理接口）是一种网络管理协议，利用 gRPC 对网络设备进行配置及状态数据检索。gNMI 为遥测和网络自动化相关的消息传递提供了一种标准化方法。与 SNMP 或 NETCONF 等传统协议不同，gNMI 利用现代远程过程调用 (RPC) 框架，支持实时流式遥测并提供高效的配置管理。

gNMI 不再依赖各种不同的协议来检索操作数据，而是提供一个基于标准化应用程序编程接口（API）的框架，从而简化对网络设备数据的访问。这使组织能够克服网络效率低下的问题，降低开销，并通过单一解决方案查看网络设备的操作数据。

在 gNMI 架构中，您会遇到以下术语：

• 客户端：指运行 gRPC 客户端软件的网络管理系统
• 服务器：指运行 gRPC 服务器的网络设备，例如路由器、交换机和负载均衡器

客户端和服务器均使用以下 gNMI 组件来发送和接收消息。

gNMI 服务定义

gNMI 使用 gRPC 来定义用于与网络设备收发数据的关键服务。尽管 gRPC 允许软件定义多种自定义函数，但 gNMI 仅使用 Get、Set、Capabilities 和 Subscribe 作为其核心函数。

路径寻址

客户端发送消息请求时，会使用基于 YANG 建模的路径结构来指定目标设备。YANG 是一种用于网络管理协议的数据建模语言。YANG 文件描述了网络设备的结构模式、配置和层级关系。此外，客户端还可以使用一种称为路径通配符的引用方法，从同一设备检索多个元素。

通知消息

每当成功处理更新或删除操作时，gNMI 服务器都会发送通知消息。在遥测订阅中，设备会实时持续发送消息流。

原子事务

gNMI 支持配置更新的原子事务。原子事务意味着只有当所有参数都成功处理时，更新才被视为成功。如果一个或多个参数更新失败，服务器将不会发生任何更改。

gNMI 利用这些核心功能来管理网络设备。

Capabilities 操作

Capabilities RPC 功能允许客户端获取服务器的网络能力信息。例如，作为对 Capabilities 请求的响应，网络设备会提供其使用的 gNMI 版本、数据编码方式以及支持的数据模型。客户端在后续交互中发送操作请求时，会使用这些参数。

Get 操作

Get 操作允许客户端实时查看服务器目标设备的配置或状态数据。接收到请求后，服务器会处理该请求并返回包含所请求数据的消息。

Set 操作

Set 操作允许客户端更新、替换或删除服务器上的特定配置。可以在单个请求中设置多个配置值，服务器必须在单个事务中处理这些值。如果服务器在处理任何值时遇到问题，它会放弃更改并恢复到原始值。

Subscribe 操作

Subscribe 操作是指客户端注册对特定网络参数的关注，以便进行持续监控。在发送 SUBSCRIBE 请求时，客户端可以指定遥测流传输的采样间隔和条件。

gNMI 协议提供了一种基于 gRPC 的网络管理方法，用于遥测数据流传输以及配置路由器、交换机和其他网络设备的机制。gRPC 是一种先进的远程过程调用（RPC）框架，与某些类似协议相比，它能实现更快的网络通信。借助 gRPC，客户端可以像调用本地函数一样调用服务器函数。gNMI 使用 gRPC 作为其通信基础，连接集中式管理中心与网络设备。

以下是 gNMI 流程的各个层级。

gRPC 传输层

gRPC 传输层支持 gNMI 兼容客户端与服务器之间的双向流式传输。客户端可以连接到多个服务器，从而在一个位置获取并汇总各种运行数据。此外，客户端还可以将配置数据发送到相应的服务器或网络设备。默认情况下，所有 gNMI 通信均通过 TLS 加密的 HTTP/2 连接进行。这有助于保护网络配置数据，防止未经授权的各方访问。

数据编码

网络设备利用 gRPC 的协议缓冲区（Protobuf）进行二进制编码，或者使用 JSON（包括 JSON_IETF），通过 gNMI 高效传输结构化数据。协议缓冲区支持快速序列化，生成的数据包比 JSON 更小，尽管 JSON 数据类型具有更好的人类可读性。

订阅操作

gNMI 使用 gRPC 从网络设备流式传输遥测数据。客户端软件无需轮询每台设备以获取其状态，而是可以订阅特定网络参数的遥测数据流。

以下是数据流式传输过程中的消息交互示例：

• 客户端向网络交换机发送功能请求
• 网络交换机返回其数据模型、数据编码方式及其他功能
• 客户端发送 gNMI 订阅 RPC，指定需要监控的交换机运行状态及消息发送的时间间隔
• 客户端按指定的时间间隔接收交换机的运行状态信息

订阅模式

gNMI 支持周期性订阅和基于变化的订阅。

• 周期性订阅允许网络设备按预设的时间间隔发送状态更新。
• 基于变化的订阅则在监控的参数发生变化时触发更新消息。例如，设备可以在路由表发生变化时实时流式传输这些变更信息。这对于时间敏感型操作至关重要。

以下是 gNMI 为组织带来的益处。

网络设备的厂商中立性

gNMI 是一项开放标准，采用 YANG 数据模型（包括来自 OpenConfig 工作组或特定厂商的模型）。得益于 YANG 标准化，组织可以使用单一协议管理来自不同厂商的设备。

性能效率

与其他协议（如 SNMP）相比，gNMI 在使用 Protobuf 进行数据编码时效率更高。gNMI 基于 HTTP/2 传输数据，允许设备在发送消息后保持连接开启状态。

实时遥测

利用现代网络设备进行创新的组织可以借助 gNMI 的低延迟、高吞吐量数据交换能力来提升网络可见性。gNMI 客户端软件无需轮询设备以获取更新，而是能够实时收集网络数据。

配置管理中的事务完整性

gNMI 事务支持原子操作。在更新网络配置时，要么所有参数都更新成功，要么全部不更新。这使网络管理员能够避免因状态变更中断而导致的配置错误。通过这些原子操作，您可以安装、修改或删除网络设备配置。

可扩展性

组织在利用传统网络管理方法扩展其网络基础设施时，会面临运营方面的挑战。随着网络中设备数量的增加，网络运维团队可以利用 gNMI 来应对配置、管理及故障排查方面的复杂性。gNMI 专为通过“推送（push）”遥测模式处理高流量负载而设计。与传统的 SNMP 相比，组织能够更快速地将网络管理能力扩展至大规模网络环境。

gNMI-gateway 是一款用于 gNMI 和 OpenConfig 遥测数据的网关，充当网络设备与遥测监控及数据可视化系统（如 Prometheus 和 Apache Kafka）之间的中介。gNMI-gateway 既负责在网络中接收 gNMI 数据，也负责分发这些数据，从而有助于提升系统的可扩展性。gNMI-gateway 采用模块化设计，因此可以部署为分布式、高可用且容错的架构，以处理流式数据。

NETCONF 是一种网络配置管理协议，它使用基于 SSH 的 XML 来发送配置数据。NETCONF 可以使用订阅或轮询模式，即由客户端发送请求消息，网络设备进行响应。NETCONF 采用暂存模型来支持测试和回滚操作。

与此同时，gNMI 利用 HTTP/2 上的 gRPC 协议来传输配置和遥测数据。通常，由于 Protobuf 的数据量小于 XML，gNMI 传输的数据包也较小，因此缩短了服务器的响应时间。

NETCONF 更适合对安全性有严格要求、关键性的网络管理系统；而 gNMI 则更适合从现代网络设备进行简单、实时的网络遥测数据流传输。

简单网络管理协议（SNMP）是一种起源于 1988 年的协议，用于从网络设备获取运行数据。传统的 SNMP 依靠轮询方式从设备获取网络数据，这种方式可能效率较低且难以扩展。

相比之下，gNMI 是一种专为可扩展性而构建的现代网络管理协议。与 SNMP 不同，gNMI 采用“推送”模式，即由网络设备主动向客户端推送运行数据。gNMI 通过经 TLS 加密的 HTTP/2 通道传输数据，并使用二进制编码；而 SNMP 通常使用用户数据报协议（UDP），尽管它也支持 TCP。SNMP 仍广泛应用于传统网络监控领域，而 gNMI 则为高容量的实时流式网络提供了灵活性。

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