【ネットワーク自動化】第3回：Pythonで広がる自動化の世界

2025-05-05

導入

ネットワーク自動化入門シリーズ、いよいよ最終回の第3回です。

第1回ではネットワーク自動化の必要性や全体像を、第2回では構成管理ツール Ansible を使った実践的な自動化手法を解説しました。

最終回となる今回は、もう一つの強力な武器であるプログラミング言語「Python」を用いたネットワーク自動化の世界を探求します。 なぜ Python なのか、どんなライブラリが便利なのか、そして具体的なスクリプト例を見ていきます。さらに、Ansible と Python の使い分けや、自動化プロジェクトを成功させるための導入時の重要なポイント、注意点を改めて整理します。

本文

5. 実践！Pythonによるネットワーク自動化

Ansible はネットワーク自動化の強力なツールですが、万能ではありません。より複雑なロジック、外部システムとの高度な連携、あるいは Ansible のモジュールでは提供されていない特定の操作を行いたい場合、Python がその力を発揮します。

5.1. なぜ Python なのか？ Ansible との違いは？

柔軟性と表現力: Python は汎用プログラミング言語であり、Ansible の YAML よりもはるかに複雑な条件分岐、ループ、データ処理、エラーハンドリングなどを柔軟に記述できます。
豊富なエコシステム: Webフレームワーク、データ分析ライブラリ、機械学習ライブラリなど、Python の広範なエコシステムを活用できます。これにより、ネットワークから収集したデータを分析して可視化したり、監視システムやチケットシステムと連携したりといった、より高度な自動化が可能になります。
Ansible の補完: Ansible のカスタムモジュールは Python で記述されます。Python を理解していれば、既存モジュールのカスタマイズや、特定の要件に合わせた独自モジュールの開発も可能です。
プログラミングスキルの向上: Python を学ぶことは、ネットワークエンジニア自身のスキルセットを広げ、キャリアの可能性を広げることにも繋がります。

Ansible と Python の使い分け（一例）:

Ansible が得意なこと:
- 複数デバイスへの設定の一貫性維持（冪等性）
- 宣言的な状態管理（「あるべき姿」の定義）
- 定型的な設定変更や情報収集
- プログラミング経験が浅いチームでの導入
Python が得意なこと:
- 複雑なロジックや条件分岐を含む処理
- 動的なデータに基づいた操作
- 他のシステム（API、DB、Webサービスなど）との連携
- CLI スクレイピングの細かい制御
- リアルタイム性の高い処理や非同期処理 (ライブラリによる)
- 特定のアルゴリズムやデータ構造の実装

これらは明確に分かれるものではなく、Ansible Playbook から Python スクリプトを呼び出したり、Python スクリプト内で Ansible の機能を利用したりと、連携させることも可能です。

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5.2. 主要な Python ネットワークライブラリ

Python でネットワーク自動化を行う際に非常に役立つライブラリをいくつか紹介します。

Netmiko:
- 概要: マルチベンダー対応の SSH 接続ライブラリ。CLI ベースの自動化を簡単にするための定番。
- 特徴: Cisco IOS, Juniper Junos, Arista EOS など多くのプラットフォームをサポート。ConnectHandler で接続し、send_command() でコマンド実行、send_config_set() で設定変更などが可能。比較的シンプルで学習しやすい。
- 用途: 主に CLI ベースのコマンド実行、設定変更、情報収集。
NAPALM (Network Automation and Programmability Abstraction Layer with Multivendor support):
- 概要: ベンダー間の差異を吸収する抽象化レイヤーを提供。統一されたメソッドでネットワーク機器を操作することを目指す。
- 特徴: get_facts() (基本情報取得), get_config() (設定取得), load_merge_candidate() (設定変更の準備), commit_config() (設定反映) など、共通の関数名で異なるベンダーの機器を操作できる（※対応状況はベンダー・機能による）。Ansible モジュールとしても利用されている。
- 用途: マルチベンダー環境での状態取得や設定管理の抽象化。コンプライアンスチェックなど。
Scrapli:
- 概要: Netmiko と同様に CLI 自動化を目的とするが、速度とパフォーマンス、非同期処理に重点を置いている。
- 特徴: 大量のデバイスから高速に情報を収集したい場合に有利。同期・非同期 (asyncio) の両方に対応。Telnet/SSH/NETCONF に対応。
- 用途: 大規模環境での高速な情報収集、テレメトリ収集の代替など。

これらのライブラリ以外にも、NETCONF 通信に特化した ncclient、REST API 通信のための requests など、目的に応じて様々なライブラリが存在します。

【Tips】Python 仮想環境 (venv) プロジェクトごとにライブラリのバージョンを管理するために、Python の仮想環境 (venv) を利用することを強く推奨します。これにより、システム全体の Python 環境を汚さずに、プロジェクト固有の依存関係を管理できます。

# 仮想環境の作成
python3 -m venv my_automation_venv
# 仮想環境のアクティベート (Linux/macOS)
source my_automation_venv/bin/activate
# 仮想環境のアクティベート (Windows)
# .\my_automation_venv\Scripts\activate
# 必要なライブラリをインストール
pip install netmiko napalm requests
# ... スクリプトを実行 ...
# 仮想環境のディアクティベート
deactivate

5.3. Python スクリプト例

第1回のドラフトで作成したスクリプト例を再掲・調整します。

例: 複数デバイスからの情報収集と CSV 出力 (Netmiko 使用)

#!/usr/bin/env python3
# coding: utf-8

from netmiko import ConnectHandler, NetmikoAuthenticationException, NetmikoTimeoutException
import csv
from datetime import datetime
from getpass import getpass # パスワードを安全に入力

# --- 設定項目 ---
# デバイスリスト (辞書形式)
DEVICES = [
    {
        'device_type': 'cisco_ios',
        'host': '192.168.10.1', # r1
        'username': 'network_admin',
        # 'password': 'your_password', # getpassで入力
        'secret': 'enable_password', # enableパスワード (任意)
    },
    {
        'device_type': 'juniper_junos',
        'host': '172.16.0.1', # sw1
        'username': 'juniper_admin',
        # 'password': 'your_password',
    },
    # 必要に応じてデバイスを追加
]

# 収集したいコマンド (OSタイプごとに定義)
COMMANDS = {
    'cisco_ios': ['show version | include Version', 'show ip interface brief'],
    'juniper_junos': ['show version | match "Junos:|Model:"', 'show interfaces terse | match inet'],
    # 他のOSタイプも追加可能
}

# CSVファイル名
CSV_FILENAME_PREFIX = 'device_info_'
# --- 設定項目ここまで ---

def collect_device_info(device, password):
    """単一デバイスから情報を収集する関数"""
    print(f"Connecting to {device['host']}…")
    device_result = {'Hostname': device['host'], 'OS_Version': 'N/A', 'Interface_Info': 'N/A', 'Error': None}
    device_info = device.copy() # 元の辞書を変更しないようにコピー
    device_info['password'] = password # getpassで受け取ったパスワードを設定

try:
        net_connect = ConnectHandler(**device_info)
        # プロンプトからホスト名を取得 (より確実な方法を推奨)
        hostname = net_connect.base_prompt
        device_result['Hostname'] = hostname

        # 特権モードへ移行 (必要な場合)
        if 'cisco' in device['device_type']:
            net_connect.enable()

        # コマンド実行
        os_type = device['device_type']
        if os_type in COMMANDS:
            version_cmd = COMMANDS[os_type][0]
            interface_cmd = COMMANDS[os_type][1]

            version_output = net_connect.send_command(version_cmd)
            interface_output = net_connect.send_command(interface_cmd)

            device_result['OS_Version'] = version_output.strip()
            device_result['Interface_Info'] = interface_output.strip()
        else:
            print(f"Warning: No commands defined for OS type {os_type} on {device['host']}")
            device_result['Error'] = f"Commands not defined for {os_type}"

        net_connect.disconnect()
        print(f"Successfully collected from {hostname} ({device['host']})")

    except NetmikoTimeoutException:
        error_msg = "Connection timed out."
        print(f"Error on {device['host']}: {error_msg}")
        device_result['Error'] = error_msg
    except NetmikoAuthenticationException:
        error_msg = "Authentication failed."
        print(f"Error on {device['host']}: {error_msg}")
        device_result['Error'] = error_msg
    except Exception as e:
        error_msg = f"An unexpected error occurred: {e}"
        print(f"Error on {device['host']}: {error_msg}")
        device_result['Error'] = str(e) # エラー内容を記録

    return device_result

def main():
    """メイン処理"""
    # パスワード入力 (全デバイス共通の場合)
    password = getpass("Enter SSH password: ")

    all_results = []
    print(f"\nStarting information collection for {len(DEVICES)} devices...")

    for device in DEVICES:
        result = collect_device_info(device, password)
        all_results.append(result)

    # CSVファイルへの書き込み
    timestamp = datetime.now().strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
    csv_filename = f'{CSV_FILENAME_PREFIX}{timestamp}.csv'
    header = ['Hostname', 'OS_Version', 'Interface_Info', 'Error'] # エラー列を追加

    print(f"\nWriting results to {csv_filename}...")
    try:
        with open(csv_filename, 'w', newline='', encoding='utf-8') as csvfile:
            writer = csv.DictWriter(csvfile, fieldnames=header)
            writer.writeheader()
            writer.writerows(all_results)
        print("CSV file created successfully.")
    except IOError as e:
        print(f"Error writing CSV file: {e}")

if name == 'main':
    main()

スクリプトのポイント:

getpass を使ってパスワードを安全に入力するように変更。
接続処理と情報収集を関数 collect_device_info に分離。
try...except ブロックで接続タイムアウトや認証失敗などの一般的なエラーを捕捉し、処理を継続できるように改善。エラー情報も結果に含める。
OSタイプに応じて実行するコマンドを辞書 COMMANDS で管理。
メイン処理を main 関数にまとめ、if __name__ == '__main__': ブロックから呼び出すPythonの標準的な書き方に。

【注意】 このスクリプトは基本的な例です。より堅牢にするには、ロギングの強化、より詳細なエラーハンドリング、設定バックアップ機能の追加、並列処理による高速化（concurrent.futures や asyncio を利用）などを検討する必要があります。

6. ネットワーク自動化導入のポイントと注意点 (総まとめ)

さて、Ansible や Python といった具体的なツールを見てきましたが、ツールを導入するだけでは自動化プロジェクトは成功しません。ここでは、自動化を組織に根付かせ、効果を最大化するための重要なポイントを改めて整理します。

スモールスタートと段階的導入: 最初から完璧を目指さず、情報収集や簡単な設定バックアップなど、影響範囲が小さく、かつ効果を実感しやすいタスクから始めましょう。「小さな成功体験」を積み重ねることが、関係者の理解と協力を得て、次のステップに進むための推進力になります。
明確な目標設定と効果測定: 「何を」「どこまで」自動化するのか、具体的な目標を設定します。そして、自動化によって「作業時間がどれだけ短縮されたか」「ヒューマンエラーがどれだけ削減されたか」といった効果を測定し、可視化することが重要です。これにより、自動化の価値を客観的に示し、継続的な改善に繋げられます。
適切なツールの選定: 組織のスキルセット、管理対象の機器、実現したい自動化レベル、コミュニティのサポートなどを考慮して、最適なツール（Ansible, Python, あるいは商用ツールなど）を選定します。一つのツールに固執せず、適材適所で使い分ける視点も持ちましょう。
コードとしてのインフラ管理 (IaC) とバージョン管理: Playbook や Python スクリプトは、ネットワーク構成を定義する「コード」です。Git などのバージョン管理システムを導入し、「いつ」「誰が」「何を」変更したのかを追跡可能にすることは必須です。変更履歴の管理、コードレビュー、問題発生時の切り戻しなどを容易にします。
テスト、テスト、テスト！: 自動化された変更は影響範囲が大きい可能性があります。本番環境への適用前には、必ず検証環境（ラボ環境、シミュレータ/エミュレータ）で十分にテストし、意図した通りに動作すること、予期せぬ副作用がないことを確認するプロセスを確立してください。Ansible の --check モードなども活用しましょう。
チームのスキルアップと文化醸成: 自動化ツールや関連技術（YAML, Python, Git, APIなど）を学ぶための学習機会を提供し、チーム全体のスキルレベルを底上げすることが不可欠です。また、自動化を「自分たちの仕事を奪うもの」ではなく「より価値の高い仕事に集中するための手段」と捉える文化を醸成することも重要です。勉強会や情報共有の場を設けましょう。
セキュリティの確保: 自動化ツールが持つ権限は強力です。認証情報（パスワード、APIキー、SSHキー）は絶対にコード内にハードコーディングせず、ansible-vault や HashiCorp Vault などのシークレット管理ツール、あるいは環境変数などを利用して安全に管理します。自動化を実行するサーバーやアカウントへのアクセス制御も厳格に行いましょう。
ドキュメンテーションと運用体制の見直し: 自動化スクリプトや Playbook の内容、使い方、運用手順などをドキュメントとして整備します。また、自動化の導入に伴い、従来の運用プロセスや役割分担を見直す必要が出てくる場合もあります。障害発生時の対応フローなども、自動化を前提としたものに更新しましょう。

これらのポイントを意識し、技術的な側面だけでなく、プロセスや組織文化も含めて自動化に取り組むことが、導入を成功させるための鍵となります。

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まとめ: ネットワーク自動化のその先へ

3回にわたる連載を通じて、ネットワーク自動化の必要性から、Ansible や Python といった具体的なツールを用いた実践方法、そして導入を成功させるためのポイントまでを解説してきました。

ネットワーク自動化は、もはや避けては通れない潮流です。 運用負荷の軽減、ヒューマンエラーの削減、迅速性の向上といったメリットは計り知れません。
Ansible は、宣言的な記述と豊富なモジュールにより、ネットワーク自動化の入門から実践まで幅広く活躍します。
Python は、より高度な柔軟性、外部システム連携、複雑なロジックの実装を可能にし、自動化の可能性をさらに広げます。
自動化の成功には、適切なツールの選択だけでなく、スモールスタート、テスト、バージョン管理、セキュリティ確保、そしてチームのスキルアップと文化醸成が不可欠です。

ネットワーク自動化の世界は、ここで終わりではありません。Infrastructure as Code (IaC) の考え方をさらに推し進め、CI/CD (継続的インテグレーション/継続的デリバリー) パイプラインを構築してネットワーク構成のテストとデプロイを自動化したり、ストリーミングテレメトリで収集したリアルタイムデータを活用してプロアクティブな障害対応やキャパシティプランニングを行ったりと、探求すべき領域はまだまだ広がっています。ぜひ、今日からできる小さな自動化に挑戦してみましょう！

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Posted by たけ

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