基于PXE无盘网络技术的高校计算机实验室改造分析

天津国土资源和房屋职业学院 程 浩

一、前言

随着教育制度的不断变革、教育模式的不断发展，应用计算机技术、互联网技术的现代化教育手段已经在高校中得到了广泛应用。采用硬盘保护卡的传统的高校计算机实验室在系统维护上需要投入较大的时间和精力，很难满足实践教学需求，对此，需要应用无盘网络技术对实验室进行改造。

二、PXE无盘网络技术

（一）无盘网络技术

无盘网络主要指的是在局域网中，利用网络可以让所有客户机在服务器磁盘中运行应用软件与操作系统的计算机网络架构，在此网络中，所有客户机均没有安装硬盘。在此无盘网络结构下，可以实现无盘网络技术。现阶段，PXR无盘网络技术得到了十分广泛的应用，其应用了动态路由，具有十分快捷、简单的安装及操作，具有较强的优越性[1]。

（二）PXE基本原理

PXE，即预启动执行环境，PXE无盘网络技术是Intel公司开发而成，应用此种技术，可以利用网络远程启动计算机。在具体应用中，利用LAN方式启动，会有请求从网卡内置启动芯片中发出，要求服务器对IP地址进行分配，在构建一定联系后，利用TFTP协议可以下载终端操作系统镜像包，并对其进行执行，让终端操作系统远程启动得以实现。

三、PXE无盘网络技术的高校计算机实验室改造

（一）改造背景概述

以我国某高校的计算机实验室改造为例，该实验室建于2010年，主要采用硬盘保护卡技术。此技术可以避免学生对硬盘数据进行恶意修改，可以让一对多智能网络同时传输得以实现，并让系统安装、升级等相关工作得到快速完成。但是随着学校教育模式的转变，培养应用型人才目标的确定，实验课程开始改革，因此，该校采用PXE无盘网络技术对计算机实验室进行改造，以此来满足学校课程改革对硬件、软件提出的要求。

（二）改造方案设计

1.网络环境

在无盘网络当中，需要依托于局域网完成启动客户机系统、运行客户机系统工作，因此，无盘网络系统运行状态会受到网络环境稳定性及优劣度的影响，在改造方案设计中，该高校使用较为普及的1GB到桌面网络环境。

2.服务器

在无盘网络系统中，服务器是重要承载者，是核心所在。利用服务器，可以对运行客户机进行远程引导。磁盘性能与网卡性能是保证无盘网络功能得以实现的重要硬件需求，客户机的运行不会对服务器RAM、CPU等资源进行消耗，因此，对于PC的配置并没有较高要求。

3.客户机

为让无盘网络系统性能得到充分发挥，需要保证客户机网卡可以对千兆传输予以支持，为让锐起BSD系统软件本地写缓存的相关性能得到发挥，需要保证客户机中的内存在2GB以上，并保证“本地写缓存”具有512MB到1GB的内存空间。

4.系统软件

在系统软件中，采用我国锐起信息技术公司的BSD虚拟化平台，此种平台经过多年发展已经较为成熟，得到了计算机领域的广泛应用，该软件可以对服务器集联、多网卡等相关功能予以支持，在高校计算机实验室无盘网络改造中具有重要应用意义。

5.操作系统

在操作系统中，客户机可使用64位Windows 7。在无盘网络操作系统服务器中选择使用Windows Server 2008 R2，该系统中融入了Syper-V 2.0，可以调整虚拟磁盘动态容量，且可以提供VM内存动态配置功能，在无盘网络操作系统中具有良好的适用性。

（三）技术应用流程

1.安装服务器

将操作系统Windows Server 2008 R2安装在服务器中，对TCP/IP协议进行配置，依照规划可以对静态IP地址进行指定。对锐起无盘BSD主服务器端程序进行安装，可以创建客户机的软键盘镜像、系统盘镜像以及临时回写盘的目录，进而让客户机运行速度得到提升，在具体规划中，可以规划三个固态硬盘，功能为两读一写，其设置格式是NTFS文件系统格式[2]。

2.安装客户机

在安装客户机过程中，具体可分为五个步骤，首先，需要安装模板客户机，可将64位Windows 7安装在1台客户机中，并对TCP/IP协议进行配置，依照规划可以对静态IP地址进行指定。对锐起BSD客户端进行安装，在安装完成后会弹出初始配置对话框。之后可点击系统优化按钮，可选择系统优化内容，之后可将正确服务器IP地址填入在服务器IP地址框内，安装虚拟磁盘驱动程序，对计算机进行重启。

其次，需要加入模板客户机，将模板客户机MAC地址等信息填入在锐起无盘BSD管理器新增工作站之中，并对之前创建完成的磁盘镜像及回写目录进行选择，让模板客户机得到添加，设置“超级用户”。

之后，可对客户机系统进行上传，在重启客户机后，可以对驱动程序予以自动安装，并进行重启，之后可在磁盘管理中初始化虚拟网络网络磁盘、格式化虚拟网络磁盘，利用上传工具可上传应用软件镜像及操作系统镜像。

然后，可以对模板客户机进行启动。在上传镜像工作完成后，可以关闭模板客户机，对硬盘进行移除，在开机之后，可以进行COMS设置，设定为网络启动，对硬盘通道进行关闭，在重启之后，可以让模板客户机在无硬盘条件下以网络启动方法进入到操作系统当中。

最后，可以对其他客户机进行添加，设置客户机全自动加入方式在锐起无盘BSD服务端中，设置网络启动方式在其他客户机操作系统当中。

（四）具体改造方法

1.整合服务器资源

在该校计算机实验室改造工程中，考虑到计算机等级考试任务，将一台工作组级服务器/入门级服务器配置在每个实验室中，这种服务器的投入可以整合服务器资源，让虚拟化技术得到充分利用，结合实际情况，可以完成调配工作，让原有功能得以实现，而剩余部分可以作为无盘网络系统服务器进行使用。

2.整合客户机

考虑到系统稳定性，在该工程中，利用无盘网络技术整合实验室为Windows XP无盘实验室，这种改造方法可以让资源利用率变得更为充分，降低实验室及其故障率，让资金投入压力得到缓解。在具体改造工作中，应用了锐起无盘BSD驱动分离技术，此种技术可以在整合客户机的同时控制维护时间成本。在具体改造中，有多种不同配置客户机加入其中，在此过程中，需要保证每种配置客户机需要在移除硬盘或对硬盘通道进行关闭后才能加入，让其顺利进入无盘系统。在添加相同配置客户机后，在同一配置分组中，可以利用服务端选择客户机，设置进入驱动安装模式，之后可安装硬件驱动。如果客户机缺少相关网卡驱动，可以在网卡驱动管理中添加网卡驱动。如果有多种类型的硬件配置客户机存在于无盘系统当中，那么需要在安装软件、系统升级过程中，尽量规避多种类型配置客户机切换“超级用户”情况出现，避免系统镜像增大和客户机兼容问题出现。因此，可以应用Virtualbox虚拟机软件完成一系列操作。

3.网络汇聚

在计算机实验室中，利用网络汇聚可以让无盘系统性能得到提高。交换机断口与网卡的汇聚可以让交换机、网卡吞吐量得到提高，可以让网络容错能力得到提升，进而让读写大数据、批量客户机同时启动稳定性及速度得到提高，这是一种增强无盘网络性能的经济手段。在分流设置过程中，共有4个网络端口分流，在分流时，其网络利用率分别为73.78%、68.15%、67.73%、66.12%，其内存使用率和CPU使用率约为20%、35%。其具有较低的网络使用率和有限的网络容错能力，同时，个别客户机可能会有缓慢的镜像获取情况出现，需要对其进行人为干预。在汇聚设置过程中，4网络端口汇聚的网络使用率约为99%，内存使用率与CPU使用率分别为39%、53%。其具有较高的网络使用率和较强的网络容错能力[3]。

（五）改造效果分析

在该高校计算机实验室改造完成后，取得了十分明显的改造效果，主要体现在四个方面：（1）软件安装便捷。在利用无盘网络后，经过检测，发现在服务器上安装软件变得更为便捷，可让软件得到快速使用。（2）软件注册迅速。在无盘网络上，只需注册就可完成软件安装工作，且无论客户机数量多少，都可以保证在5min之内完成注册工作。（3）实践教学效果提升。在对动画设计专业学生进行实践教学时，过去受限于外部条件，教师只能利用准备好的PPT课件、视频课件进行演示讲解，在课堂学习中，学生不能进行及时演练，很难找到学习中存在的问题，并对其进行及时解决，在经过无盘网络改造后，学生可以在学习中可以依照自身需求选择合适的操作系统，利用恰当的插件、软件高效完成创作，可以让实践教学效果得到提升。（4）病毒防范能力提升。无盘网络具有读写分离的特点，如果有病毒感染情况出现，会全体关机，在服务器中，可以对回写文件予以删除，对服务器进行查杀，其查杀工作的完成时间低于5min。

四、结论

综上所述，在应用PXE无盘网络技术进行高校计算机实验室改造时，需要在改造方案中考虑到网络环境、服务器、客户机、系统软件及操作系统这几个因素，通过整合服务器资源、整合客户机及网络汇聚，可以完成实验室改造工作，进而提升高校计算机实验室的维护水平，提升实践教学效果。

[1]林榕,盘炜生,陈守宽.PXE无盘网络技术的高校计算机实验室改造[J].实验室研究与探索,2018,37(01)：241-246.

[2]王玉峰,李文志.计算机实验室无盘化改造[J].科技视界,2016(03)：46.

[3]郭学英,姜颖.基于无盘网络技术的高校计算机实验室改造[J].实验室研究与探索,2015,34(01)：242-246.