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無盤網絡應用在什麽環境下,以及它的原理?

總的來說,無盤工作站是由網卡的啟動芯片(Boot ROM,有此網卡的啟動程序已嵌入主板的BIOS中,無需啟動芯片)以不同的形式向服務器發出啟動請求號,服務器收到後,根據不同的機制,向工作站發送啟動數據,工作站下載完啟動數據後,系統控制權由Boot ROM轉到內存中的某些特定區域,並引導操作系統。根據不同的啟動機制,目前比較常用無盤工作站可分為RPL、PXE和 虛擬硬盤等啟動類型,而Windows 2000終端從其原理來說,並不屬於無盤工作站,它也可以用終端卡或硬盤引導系統,進入工作站操作系統後,再連接Windows2000 服務器,而這個連接程序與壹般的應用軟件並沒有什麽本質區別,我們把它歸結到無盤網絡的原因是:目前大多數的終端都是先通過RPL或PXE啟動無盤到DOS或Windows3x,再從無盤站中連接,成為終端,總之本文所指無盤網絡,泛指工作站中沒有軟驅和硬盤的網絡,無論它是采取何種方式達到這壹目的的,目前臺灣順昱公司研發的基於Electronic Disk Communication電子硬盤(eDisk)系統,我們將它稱為偽無盤系統,但因它也具備無盤網絡的特點,所以也可以把它歸結到無盤網絡中來。

近年來,無盤技術發展十分迅速,產生了大量的分支,因此根據角度的不同,主要有以下幾種分類方式:

1. 按啟動類型主要有:RPL、PXE和Bootp。

2. 按工作站的操作系統:DOS無盤系統、Windows 32無盤系統、Windows 95無盤系統、Windows 98無盤系統、純Windows 2000及 XP 無盤系統、Windows 2000終端及Windows XP遠程桌面。

3. 按服務器操作系統:基於Windows 2000的無盤系統、基於Windows NT 4.0的無盤系統、基於Windows XP下的無盤系統、基於Novell NetWare的無盤系統及基於Linux的無盤系統,甚至還有基於Windows 98的無盤系統,也就是說用Windows 98作服務器。

4. 根據系統是否具有移植能力可以分為:PNP(即插即用)系統非PNP系統。

5. 根據所使用工具的不同進行分類: 使用Intel PDK+Litenet的無盤系統、使用國產相關第三方工具的無盤系統、使用Boot-NIC+3COM PXE的無盤系統。

6. 按虛擬磁盤分類:3Com VLD、Boot-NIC、BXP和Edisk等。

以上分類是可以組合有的,例如:基於Windows 2000 Server+3Com Dabs+Litenet15的PXE無盤Windows 98系統,請註意它們間的組合並不是任意的,例如基於Windows NT的RPL 純無盤Windows 2000就是不存在的。

1. RPL啟動工作原理

RPL為Remote Initial Program Load的縮寫,啟動過程分析如下:

客戶機開機後,初始化網卡,網卡BootROM上固化的軟件向網絡廣播壹個FIND幀,即引導請求幀,該幀中包含有客戶機的網卡ID號。

服務器端的遠程啟動服務接收到客戶機廣播的FIND 幀後,根據幀中所帶的網卡ID號在遠程啟動數據庫中查找相應的工作站記錄,如果不存在這樣壹個記錄,引導過程不能繼續;如果此工作站記錄已經存在,遠程啟動服務則發送壹個FOUND 幀給客戶機的RPLROM,FOUND幀中已包含了服務器的網卡ID。

當網絡上有數臺服務器在運行遠程啟動服務時,RPLROM有可能會接收到多個FOUND幀,但RPLROM只對它收到的第壹個FOUND幀有反應,它將根據第壹個FOUND幀中所帶的服務器網卡ID號,返回壹個SEND.FILE.REQUEST幀給對應的服務器。SEND.FILE.REQUEST幀是壹個要求服務器發送文件的請求。

服務器端的遠程啟動服務在收到SEND.FILE.REQUEST幀後,將根據遠程啟動數據庫中的工作站記錄查找對應的啟動塊(BootBlock)——在實際配置時我們知道,它位於NETBEUI目錄,名為DOSBB.CNF和W95BB.CNF——用FILE.DAT.RESPONSE幀將啟動塊送回客戶機端的RPLROM。

RPLROM在收齊所有的FILE.DAT.RESPONSE幀後,將執行點轉向啟動塊的入口,啟動工作站。工作站以Windows 95實模式啟動後,將創建壹個RAM盤,並將Windows 95實模式文件從遠程啟動服務器拷貝到RAM盤,加載Windows 95實模式網絡設備啟動並建立壹個到SBS服務器的連接。最後,連接到該客戶機的計算機目錄(Machine Directory)所在的服務器上,並根據計算機目錄中的有關設置及數據完成Windows 95啟動過程。

2 PXE啟動原理

推出了PXE遠程無盤引導技術是由Intel推出的,配合Qualystem公司的LiteNet,最初選用臺灣DTK公司的E-Terminal,成功地實現了Windows 98的遠程啟動和運行,並使可靠性和穩定性都大大提高。Windows 98的各種應用軟件只需通過簡單的幾個步驟即可加到無盤工作站上,並可隨時升級和擴充,其簡便的安裝方式和構架,很快得到了業內人士的認可,並廣泛流行起來。

PXE是RPL的升級品,它是Preboot Execution Environment的縮寫,意思為預置啟動環境。它們的不同之處在於RPL是靜態路由,而PXE是動態路由。其通信協議采用TCP/IP,與Internet連接高效而可靠,PXE無盤工作站的啟動過程分析如下:

¨ 客戶端個人電腦開機後, 在 TCP/IP Bootrom 獲得控制權之前先做自我測試。

¨ Bootprom 送出 BOOTP/DHCP 要求以取得 IP。

¨ 如果服務器收到個人電腦所送出的要求, 就會送回 BOOTP/DHCP 回應,內容包括:客戶端的 IP 地址,預設網關,及開機影像文件。否則, 服務器會忽略這個要求。

¨ Bootprom 由 TFTP 通訊協議從服務器下載開機影像文件。TFTP協議為Trivial File Transfer Protocol縮寫,意為:簡單文件傳輸協議,TFTP可以看成壹個簡化了的FTP,主要的區別是沒有用戶權限管理的功能,也就是說TFTP不需要認證客戶端的權限,這樣遠程啟動的客戶機在啟動壹個完整的操作系統之前就可以通過TFTP下載啟動映象文件,而不需要證明自己是合法的用戶。

¨ 客戶機通過這個開機影像文件開機,這個開機文件可以只是單純的開機程序也可以是操作系統。

¨ 開機影像文件將包含 kernel loader 及壓縮過的 kernel, 此 kernel 將支持NTFS root系統。

¨ 並開機影像文件在工作站內存模擬成磁盤,從這個模擬磁盤啟動。

¨ 在實模式下連接服務器,將無盤啟動預置好各種環境,例如操作系統所在路徑,相關註冊表的調整等。

¨ 實模式向保護模式下切換。(最後兩點只有無盤Windows 98時才存在)

PXE有以下優點:

¨ 因為其能支持Windows 98遠程啟動,所以現有的各種應用軟件都能得到非常好的應用。由於系統本機內存為64MB,虛擬內存大小可在服務器自由設定,另具有3D圖形視覺增強和AC97 CODEC軟件音頻功能,相對終端或RPL Windows 95來說增強了多媒體功能。

¨ PXE還有壹個最大的優點就是安全性,不管多少個臺工作站,系統和應用軟件只需安裝壹套 ,對用戶的權限是在服務器上設定的,用戶可以在自己的目錄下隨便操作,若有了誤操作,重新啟動便可以完全恢復。

¨ 操作維護簡便,升級軟件只需向服務器重新傳壹遍系統,所有工作站便已全部升級了。工作站的ip地址由服務器自動給予,不用逐臺設置。

¨ 多種操作系統及網絡產品都支持PXE,作為新壹代遠程啟動技術的代表各大公司的軟硬產品都支持PXE系統。例如:Intel公司的PXE PDK、3Com Dabs和Linux。很多內置網卡的主板都預置這PXE啟動代碼,這給PXE技術的發展奠定的良好的基矗

3. BOOTP協議原理

BOOTP的是BOOTSTRAP PROTOCOL的簡稱,是壹種比較早出現的遠程啟動的協議,Bootp最早出在UNIX系統中,負責Unixt終端的遠程啟動,直到目前仍是UNIX及之後的Linux系統中最常用的方式,它在基於Windows的無盤網絡運用較少,但隨著Windows 2000不支持RPL遠程啟動,並且以TCP/IP作為默認安裝網絡協議,逐步表明今後的Windows也將以TCP/IP協議作為主要的發展方向,純TCP/IP的網絡將是今後發展的方向。

我們經常用到的DHCP服務就是從BOOTP服務擴展而來的。BOOTP協議使用TCP/IP網絡協議中的UDP 67/68兩個通訊端口。 BOOTP主要是用於無磁盤的客戶機從服務器得到自己的IP地址、服務器的IP地址、啟動映象文件名、網關IP等等。它的簡單啟動過程為:

¨ 由BOOTROM芯片中的BOOTP啟動代碼啟動客戶機,此時客戶機還沒有IP地址,它就用廣播形式以IP地址0.0.0.0向網絡中發出IP地址查詢的請求,這個請求幀中包含了客戶機的網卡MAC地址。

¨ 網絡中的運行BOOTP服務的服務器接收到的這個請求幀,根據這幀中的MAC地址在BOOTPTAB啟動數據庫中查找這個MAC的記錄,如果沒有此MAC的記錄則不響應這個請求,如果有就將FOUND幀發送回客戶機。FOUND幀中包含的主要信息有客戶機的IP地址、服務器的IP地址、硬件類型、網關IP地址、客戶機MAC地址和啟動映象文件名。

¨ 客戶機就根據ROUND幀中的信息通過TFTP服務器下載啟動映象文件,並將此文件在工作站內存模擬成磁盤,從這個模擬磁盤啟動。

在PXE啟動中可以采用動態分配IP的DHCP方式,也可以采用固定IP方式的BOOTP方式,但它的應用場合不同,若為單壹的無盤網絡可采用DHCP方式簡化管理,若為多個網絡互連的結構,則使用指定IP的Bootp方式更為合理壹些。

4 Windows 2000終端(WBT)的特點及純軟件終端啟動原理

WBT(Windows Based Termintal)是Windows2000 Server/Advanced Server推出的壹項標準服務,它允許用戶以Windows界面的客戶端訪問服務器,運行服務器中的應用程序,使用戶就像用自己的計算機壹樣。 在WBT的網絡中,所有應用軟件的安裝、配置、運行和存儲等均在服務器上進行,客戶機(終端)只作為輸入輸出設備。當終端用戶登錄到服務器後,就可以像使用本地資源壹樣使用服務器上的資源,運行服務器上Windows應用程序。多個終端用戶可以同時登錄到服務器上,互不影響地工作。這樣的網絡十分容易進行集中管理,很適合學校和中小企業的局域網構建。WBT的這壹特點跟早期的UNIX的字符終端類似,但WBT的優勢在於它是基於Windows的,具有友好的圖形界面和Windows的易用性。另外,在WBT的網絡環境下,網絡傳輸的數據主要是鍵盤和鼠標的輸入信息與顯示器的輸出信息,數據的處理都在服務器上進行,這就大大減少了網絡的傳輸量。

此方案中將原本要淘汰的386、486計算機作為終端使用,有利於資源的再利用;同時,安裝軟件及運算等都在服務器上進行,壹般情況只需維護壹臺服務器就行,對於軟件及防病毒的管理也降低了,所以利用該方案大大降低了總體擁有成本,節省了大量的資金。它有以下壹些特點:

¨ 運算、存儲都在服務器內進行,安裝軟件只需安裝在服務器上壹份,所有終端就都可以使用;所有終端用戶的文件都各自獨立地存放在服務器上,即使掉電,也不會造成資料丟失;

¨ 機房維護由維護每壹臺PC,轉變為維護壹臺服務器,維護成本大大降低;總擁有成本(TCO)大大降低;

¨ Windows2000 服務器版本是最新的服務器操作系統,性能非常穩定,整個系統的穩定性得到可靠保障;

¨ Windows2000 終端的界面是標準的 Windows風格界面,使用最新的Windows2000 的界面,用戶非常熟悉,無需特殊培訓;

¨ 能滿足對因特網的需求;應用當今流行軟件時單機反映速度快;使用 Windows終端與使用PC完全相同,所以在 Windows終端上的學習經驗,可以應用到PC上;

¨ 管理和控制性強:終端服務器能夠對終端進行管理,設定終端機運行的軟件,同時能對終端機進行隨時監控。

純軟件終端的啟動原理:它的啟動原理前壹部分與RPL或PXE無盤啟動原理完全相同,這裏就不再詳述了,後壹部分的連接是基於Windows 2000多用戶、多任務的基礎上的終端服務,在工作站上安裝由微軟提供的32位的連接程序,或由第三方的提供的16位或32位在DOS、Windows 3x或Windows 9x無盤站安裝連接程序,並設置好連接屬性,然後在啟動無盤站時將其連接命令加到DOS站的開機批處理,或加到無盤Windows 的啟動組,使其自動連接Windows 2000服務器。在終端安裝Windows CE,服務器端安裝Windows 2000專業版,終端啟動以後透過RDP協議運行服務器端的應用程序,服務器端進行應用程序運算後同樣透過RDP協議將結果在終端顯示。

5 基於虛擬硬盤的無盤網絡

所謂虛擬硬盤方式,指的是在工作站啟動時,用軟件將部分內存結合服務器的壹塊硬盤空間,為工作站虛擬出壹個或多個本地硬盤的方式,例如:早期的3Com VLD系統、較新的Boot-NIC系統和最新的BXP系統,也有壹些基於硬件的虛擬硬盤的解決方案,例如:Edisk 系統。目前只有基於虛擬硬盤的無盤網絡能夠很好地解決系統文件***享沖突的問題,且很容易實現多種操作系統的無盤啟動,即工作站可以無盤啟動Windows 2000、Windows XP 甚至是Linux。

基於虛擬硬盤的無盤網絡的工作原理:

對於純軟件方式,壹般是先在有盤工作站作好壹個為系統,再上傳至服務器為工作站準備的虛擬硬盤文件中。無盤啟動時,先以PXE的方式啟動到實模式下,連接服務器,並根據配置文件連接虛擬硬盤映象文件,再將控制權轉到虛擬硬盤中,從而完成保護模式下的切換。

對於基於硬件的虛擬硬盤方式,它是通過最標準、最普及的以太網絡(Ethernet)用來傳輸eHD與eDisk間的數據,它們是建立在eDC傳輸協議基礎之上的。(eDC全名是Electronic Disk Communication.臺灣順昱公司研發出壹種傳輸協議),實現了Client SAN即客戶端儲存局域網絡架構,它具有早期大型機體系的集中管理集中存儲的優點,又有NC的分布式計算的特性(即完全利用了Client的硬件資源),還有對個人用戶來說完全和PC壹樣,不論軟硬件的使用,功能和兼容性.即整個客戶端儲存局域網絡Client SAN的應用效果和使用方法與真正PC聯網壹樣,但又管理容易,大幅度降低了企業IT環境的服務可用性總成本(total cost of service availability , TCSA)但壹次性軟硬件投資較大,在壹些對多媒體性能要求較高的場合可以考慮使用。