pxe过程和原理

pxe过程和原理

概要

1. 远程安装和启动操作系统

2. 网卡固件支持pxe的接口，一般是有基本的ip/udp协议栈，支持dhcp, tftp协议；bios中可以设置通过pxe启动操作系统

3. 启动过程，大致如下：

   1. 先发送DHCP Discover消息，请求ip, tftp server地址，bootloader文件名称
   2. 如果没有请求到必要的pxe相关的选项，主要的就有两个TFTP Server Name（tftp服务器地址)，Bootfile Name(bootloader的文件名称，相对tftp server的根目录); 则继续执行步骤1，直到取得这些信息
   3. 通过tftp服务器下载到支持pxe启动的bootloader
   4. 后续的事情就交给bootloader了，包括从TFTP服务器下载启动镜像（比如vmlinux），安装镜像(iso文件)，自动安装脚本（centos的kickstart脚本）

4. 分为有盘和无盘系统启动，当客户端机器没有盘时，也可以从网络磁盘启动（比如NFS）；客户端有盘时，要么安装操作系统，要么从已安装的磁盘启动（pxe会自动识别是直接安装还是直接启动）

5. 服务端的dhcp服务器必须支持pxe的相关选项， 这些选项pxe客户端会通过DHCP Discover消息的Request Paramenter List来声明所有需要的选项，如果dhcp server不支持pxe启动，那么就只会回复一个普通的分配地址的DHCP Offer消息，而不会包含pxe启动相关的启动选项，这时候pxe客户端不会直接发送NAK消息拒绝这个Offer, 会继续发送DHCP Discover消息

6. 之所以不直接NAK没有包含pxe启动的消息，这里是有历史原因的：

   1. dhcp 协议为了兼容BOOTP，以及保持后续的新增选项，对不支持的选项，是可以选择不回复的，对客户端在Request Paramenter List里列出的选项，是尽可能多的回复，单不保证会回复所有的选项
   2. dhcp协议里是允许多个dhcp server存在的，每个server都可以响应DHCP Discover消息，客户端会根据需要来采用多个dhcp server提供配置信息
   3. pxe协议里为了支持不影响已有的dhcp server的配置，pxe启动支持两阶段启动，先是获得地址（可能是dhcp server1），再获得pxe相关的选项(可能是dhcp server2，甚至是通过dhcp relay agent转发到其他网络里的dhcp server），因此当收到不包含pxe相关选项的DHCP Offer消息时，pxe客户端仍然会继续发送DHCP Discover消息，向dhcp server请求pxe相关的选项，否则就不能继续pxe的启动过程

7. 一般网卡固件里的pxe驱动，只支持通过DHCP和TFTP配合来启动的；但是一些开源的项目，已经拓展了pxe的启动方式，支持通过http, scsi, nfs来引导启动远程操作系统的方式，比较有名的有iPXE(gPXE的继承者)

8. 另外bootloader也有一些比较有名的，比如SYSLinux, PXELINUX， iPXE也可以作为bootloader来使用

9. PXE相关的DHCP option基本都可以在RFC 2132, RFC 5071, RFC 4578中找的到解释，也可以参考man dhcp-option来确认dhcpd对这些选项的支持情况

参看

1. RFC4578: Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Options for the Intel Preboot eXecution Environment (PXE)，主要定义客户端上报系统信息和option请求规范
2. man dhcp-options, 解释dhcpd的option配置
3. RFC2132: DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions，包含大部分的dhcp option
4. RFC5071: Dynamic Host Configuration Protocol Options Used by PXELINUX