一、PXE技术概述

1 PXE的定义与发展历史

PXE（Preboot eXecution Environment，预启动执行环境）是由Intel设计的一种网络协议，旨在允许计算机通过网络启动，其起源可以追溯到网络计算的早期需求，随着技术的发展，PXE逐渐取代了传统的通过本地存储设备启动的方式，特别是在无盘工作站和远程部署系统中展现出巨大的优势。

2 PXE的主要功能与优势

PXE的主要功能包括网络启动、远程安装操作系统、简化管理和维护等，它的优势在于：

自动化部署：实现操作系统的大规模自动化安装，减少人工干预。

远程管理：通过网络进行系统维护和更新，提高管理效率。

灵活性：支持多种启动模式和配置，适应不同场景需求。

二、PXE工作原理

1 PXE启动流程

PXE启动过程涉及客户端、DHCP服务器和PXE服务器三者之间的交互，具体步骤如下：

1、客户端发送DHCP请求：寻找DHCP服务器。

2、DHCP服务器响应：提供IP地址及PXE服务器位置。

3、客户端从TFTP服务器下载引导文件：如pxelinux.0或bootx64.efi。

4、加载引导文件并执行：初始化基本环境，加载操作系统镜像。

5、安装或启动操作系统：根据配置进行系统安装或直接启动。

2 关键组件介绍

DHCP服务器：动态分配IP地址，并提供PXE服务器信息。

TFTP服务器：传输启动文件和操作系统镜像。

PXE服务器：提供启动文件和操作系统镜像，支持多种协议（HTTP、FTP、NFS）。

三、PXE服务器配置

1 硬件要求与准备

配置PXE服务器需要一台具备千兆网卡的计算机，并确保网络连接畅通，建议使用Linux操作系统，如Ubuntu Server版。

2 安装与配置必要软件

3.2.1 安装DHCP服务器

在Ubuntu上，可以使用isc-dhcp-server软件包来搭建DHCP服务器，安装命令如下：

sudo apt-get install isc-dhcp-server

编辑/etc/dhcp/dhcpd.conf文件，添加PXE相关配置：

subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.200;
    option routers 192.168.1.1;
    option broadcast-address 192.168.1.255;
    filename "pxelinux.0";
}

启动DHCP服务器：

sudo systemctl start isc-dhcp-server

3.2.2 安装TFTP服务器

TFTP服务器用于传输启动文件，在Ubuntu上，可以使用tftpd-hpa软件包：

sudo apt-get install tftpd-hpa

配置TFTP服务器，创建必要的目录和文件：

sudo mkdir -p /var/lib/tftpboot
sudo cp /path/to/pxelinux.0 /var/lib/tftpboot/

编辑/etc/default/tftpd-hpa文件，取消注释并设置适当的权限：

TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"

启动TFTP服务器：

sudo systemctl start tftpd-hpa

3.2.3 安装HTTP服务器

HTTP服务器用于传输操作系统镜像和其他文件，可以使用Apache HTTP Server：

sudo apt-get install apache2

将操作系统镜像拷贝到Web服务器目录：

sudo cp /path/to/ubuntu.iso /var/www/html/

启动HTTP服务器：

sudo systemctl start apache2

3.2.4 安装PXE启动文件

下载并解压PXE启动文件（如syslinux和pxelinux）：

wget http://ftp.gnu.org/gnu/distfiles/syslinux-6.03.tar.gz
tar -xzf syslinux-6.03.tar.gz
sudo cp pxelinux.0 /var/lib/tftpboot/

配置PXE菜单文件/var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg/default：

DEFAULT ubuntu
LABEL ubuntu
    KERNEL ubuntu/vmlinuz
    APPEND initrd=ubuntu/initrd.gz

将内核和初始RAM盘文件拷贝到TFTP目录：

sudo cp /path/to/vmlinuz /var/lib/tftpboot/ubuntu/
sudo cp /path/to/initrd.gz /var/lib/tftpboot/ubuntu/

3 配置示例与脚本分享

以下是一个示例脚本，用于自动配置PXE服务器：

#!/bin/bash
安装必要软件包
sudo apt-get install isc-dhcp-server tftpd-hpa apache2
配置DHCP服务器
cat <<EOF > /etc/dhcp/dhcpd.conf
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.200;
    option routers 192.168.1.1;
    option broadcast-address 192.168.1.255;
    filename "pxelinux.0";
}
EOF
sudo systemctl restart isc-dhcp-server
配置TFTP服务器
sudo mkdir -p /var/lib/tftpboot
sudo cp /path/to/pxelinux.0 /var/lib/tftpboot/
cat <<EOF > /etc/default/tftpd-hpa
TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot"
TFTP_ADDRESS="0.0.0.0:69"
TFTP_OPTIONS="--secure"
EOF
sudo systemctl restart tftpd-hpa
配置HTTP服务器
sudo apt-get install apache2
sudo cp /path/to/ubuntu.iso /var/www/html/
sudo systemctl start apache2
配置PXE启动文件
sudo cp /path/to/vmlinuz /var/lib/tftpboot/ubuntu/
sudo cp /path/to/initrd.gz /var/lib/tftpboot/ubuntu/
cat <<EOF > /var/lib/tftpboot/pxelinux.cfg/default
DEFAULT ubuntu
LABEL ubuntu
    KERNEL ubuntu/vmlinuz
    APPEND initrd=ubuntu/initrd.gz
EOF

保存为setup_pxe_server.sh并运行：

chmod +x setup_pxe_server.sh
./setup_pxe_server.sh

四、高级配置与优化

1 多网段支持与路由配置

当需要跨多个子网进行PXE启动时，可以通过配置路由器或多层DHCP服务器来实现，在路由器上启用DHCP中继功能，将客户端请求转发到指定的DHCP服务器，还可以在DHCP服务器配置中指定不同的子网范围，以满足不同网段的需求。

subnet 10.0.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 10.0.1.100 10.0.1.200;
    option routers 10.0.1.1;
    filename "pxelinux.0";
}
subnet 10.0.2.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 10.0.2.100 10.0.2.200