PXE-Bootservice: Installation von Windows/Linux über PXE-Netboot

Martin Holzinger

Zum Aufsetzen von Rechnern, die über kein Floppy- bzw. CD/DVD-Laufwerk verfügen, wurde die Möglichkeit einer Installation über Netzwerk untersucht. Der Bootvorgang erfolgt dabei mittels PXE (Preboot Execution Environment ). Über einen temporär im Subnetz gestarteten DHCP-Server wird der zu installierende Client zu einem TU-internen Boot-Server weiter geleitet.

PXE-Boot und Setup von Linux über Netzwerk ist schon seit längerer Zeit Standard und soll hier nur kurz beschrieben werden:

Vor dem eigentlichen Boot-Vorgang sendet die Netzwerkkarte des Client DHCP-Requests aus und bekommt vom Server zunächst seine Koordinaten im Netzwerk (IP-Adresse, Subnet-Mask, Gateway, Domain-Name etc.) zugewiesen. Über den Netboot-Loader pxelinux.0 wird ein Willkommens-Bildschirm präsentiert, nach Auswahl einer Option erfolgt der eigentliche Boot-Vorgang durch Transfer einer Boot-Image-Datei mittels TFTP (Port 69). Ab hier übernimmt der Linux-Kernel in gewohnter Weise das Setup.

Hinsichtlich des Setups von Windows-Betriebssystemen nehmen nun folgende Überlegungen Rücksicht auf die speziellen Gegebenheiten im TUNET:

Die Möglichkeit eines Redirect mittels der next-server-Option bedeutet, dass ein TU-weiter Boot-Server realisiert werden kann. Ein DHCP-Server ist hingegen stets im Subnetz erforderlich und temporär zu betreiben, da DHCP-Requests nicht geroutet werden.
RIS (Remote Installation Service), die Microsoft-Lösung zum Setup von Windows, kommt für einen TU-weiten Betrieb nicht in Frage, der Zugang zu den Installations-Bits soll auf jeden Fall über den Software-Distri- butionsserver (Solaris) unter Passwort-Validierung erfolgen.
Es kann problemlos von Floppy-Images in ein 16-Bit- DOS mit Netzwerkunterstützung gebootet werden. Nach anschließendem Mounten des Software-Distributionsservers lassen sich dann alle Windows-Versionen außer XP installieren.
Windows XP hat in der Campus-Version den Aktivierungskey eingearbeitet, aus diesem Grund muss die Setup- Prozedur aus einem 32-Bit Betriebssystem heraus aufgerufen werden. Microsoft stellt hier mit WINPE (Preinstallation Environment) eine solche Umgebung zur Verfügung, der Bootvorgang von WINPE über pxelinux ist jedoch schwierig zu realisieren und lässt an Komfort zu wünschen übrig.

BartPE

BartPE (für nähere Informationen siehe http://www.nu2.nu/pebuilder/) ist mehr als eine Alternative zu WINPE von Microsoft. Während WINPE lediglich eine dürftige 32-Bit Command-Shell mit englischem Tastaturtreiber präsentiert, handelt es sich bei BartPE um ein Thin-Client-Windows mit automatischer Netzwerkkonfiguration (über DHCP), Anpassungsmöglichkeit der Bildschirmauflösung und des Tastatur-Layouts sowie vielen weiteren Tools wie File Managern (A3 und Total Commander), VNC, Putty, Remote-Desktop-Verbindung, Web-Browser und anderes mehr. Auch können weitere kommerzielle Tools eingearbeitet werden: Backup-Software wie Ghost oder Acronis, Viren-Scanner etc.

Der Willkommens-Bildschirm

BartPE: Ein 32-Bit Thin-Client mit allen notwendigen Add-Ons

Zum Vorbereiten der Festplatte steht diskpart zur Verfügung. Der Nachfolger von fdisk ermöglicht das Anlegen von NTFS-Partitionen im Terabyte-Bereich. Die Syntax ist etwas gewöhnungsbedürftig: Um beispielsweise auf einem leeren Datenträger eine primäre NTFS-Partition mit 10 GB anzulegen und als Laufwerk C: zu aktivieren, verfährt man folgendermaßen:

Sel DIS 0
Clean
CRE PAR PRI SIZE=10240
ASSIGN LETTER C:
ACT

Nach dem Formatieren des Datenträgers (etwa in der DOS-Shell) kann dann in gewohnter Weise eine Samba- Verbindung zum Software-Distributionsserver (swd. tuwien.ac.at) aufgebaut werden ... Die Installation des gewünschten Betriebssystems geschieht durch Aufruf von setup.bat im jeweiligen Installationsverzeichnis.

Eine elegante Lösung: BartPE über Netzwerk booten

Es liegt nun der Versuch nahe, BartPE (anstatt wie vom Entwickler vorgesehen von CD) über PXE zu booten. Als Prototyp des Boot-Servers fungiert dabei eine disk- less-Linux-Variante (bootet von CD und lädt die PE-Installationsdateien ins Ramdrive), Devil-Linux 1.2.3, vgl. http://www.devil-linux.org/.

Der schematisierte Boot-Vorgang

Eine detaillierte Anleitung zur erfolgreichen Realisierung findet sich unter http://oss.netfarm.it/guides/pxe.php, im Wesentlichen sind folgende Punkte zu beachten:

Voraussetzungen: Der Client muss über eine PXE-bootfähige Netzwerkkarte verfügen und im BIOS muss diese Bootoption aktiviert sein. Ein DHCP-Server ist im Subnetz mit der next-server-Option (redirect auf den Boot-Server) zu starten, der dem Client eine IP-Adresse mit gültigem DNS-Eintrag (notwendig für die Verbindung zum Software-Distributionsserver) zuweist. Am Institut ist demnach ein weiterer Rechner erforderlich. Die TFTP-Root des Boot-Servers wird nach dem Boot von CD in den Arbeitsspeicher kopiert und der TFTP-Daemon wird gestartet.
Etwas trickreich ist das chain-loading: Der original Networkloader von Microsoft wird mit einem Hexeditor etwas modifiziert und von pxelinux.0 als default Loader präsentiert. Per TFTP werden (die ebenfalls hinsichtlich der Dateistrukturen modifizierten Windows-Loader) ntldr und ntdetect.com geladen und exekutiert.
Zur Erkennung der Netzwerkkarte (etwa 1500 werden unterstützt) muss am Boot-Server ein weiteres Service permanent gestartet sein: Der Boot Information Negotiation Layer (BinL-Service) ist dem Original von Microsoft in Python nachprogrammiert.
Nach erfolgreichem Erkennen der Netzkarte werden auf dem Client SMB-Treiber geladen und die Datei winnt.sif verarbeitet. In ihr finden sich Informationen bezüglich Computername und Ort der Installationsdateien. Ab diesem Zeitpunkt geht der Datentransfer von TFTP zu SMB über, am Boot-Server muss also auch ein SMB-Service (mit anonymous login) gestartet sein.
Der restliche Boot-Vorgang gleicht dem von CD.
Um mehreren Clients gleichzeitig das Booten zu ermöglichen, müssen unterschiedliche Computernamen vergeben werden. Dazu wurde das Python-Script (also der BinL-Server) dahingehend modifiziert, dass nach jedem erfolgreichen Boot die Datei winnt.sif mit anderem Computernamen neu generiert wird.

Zu bemerken ist, dass der Boot-Vorgang in einem 100 MBit-LAN etwa um einen Faktor 5 schneller erfolgt im Vergleich zum Booten von BartPE über CD-Laufwerk. Dies ist vor allem auf den Umstand zurückzuführen, dass ein Datentransfer RAM-LAN-RAM vom Boot-Server zum Client erfolgt.

Es ist geplant, das PXE-Bootservice im Rahmen des Plattform-Supports zu unterstützen.