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无盘网络的工作原理教程(一)




无盘网络的工作原理教程


总的来说,无盘工作站都是由网卡的启动芯片(Boot ROM)以不同的形式向服务器发出启动请求号,服务器收到后,根据不同的机制,向工作站发送启动数据,工作站下载完启动数据后,系统控制权由Boot ROM转到内存中的某些特定区域,并引导操作系统。根据不同的启动机制,目录比较常用无盘工作站可分为RPL和PXE,而目前的Windows 2000终端从其原理来说,并不属于无盘工作站,它也可以用终端卡或硬盘引导系统,进入工作站操作系统后,再连接Windows2000 服务器,而这个连接程序与一般的应用软件并没有什么本质区别,我们把它归结到无盘网络的原因是:目前大多数的终端都是先通过RPL或PXE启动无盘到DOS或Windows3x,再从无盘站中连接,成为终端。

1 RPL
启动工作原理

RPL为Remote Initial Program Load的缩写,启动过程分析如下:

客户机开机后,初始化网卡,网卡BootROM上固化的软件向网络广播一个FIND帧,即引导请求帧,该帧中包含有客户机的网卡ID号。

服务器端的远程启动服务接收到客户机广播的FIND 帧后,根据帧中所带的网卡ID号在远程启动数据库中查找相应的工作站记录,如果不存在这样一个记录,引导过程不能继续;如果此工作站记录已经存在,远程启动服务则发送一个FOUND 帧给客户机的RPLROM,FOUND帧中已包含了服务器的网卡ID。

当网络上有数台服务器在运行远程启动服务时,RPLROM有可能会接收到多个FOUND帧,但RPLROM只对它收到的第一个FOUND帧有反应,它将根据第一个FOUND帧中所带的服务器网卡ID号,返回一个SEND.FILE.REQUEST帧给对应的服务器。SEND.FILE.REQUEST帧是一个要求服务器发送文件的请求。

服务器端的远程启动服务在收到SEND.FILE.REQUEST帧后,将根据远程启动数据库中的工作站记录查找对应的启动块(BootBlock)——在实际配置时我们知道,它位于NETBEUI目录,名为DOSBB.CNF和W95BB.CNF——用FILE.DAT.RESPONSE帧将启动块送回客户机端的RPLROM。

RPLROM在收齐所有的FILE.DAT.RESPONSE帧后,将执行点转向启动块的入口,启动工作站。工作站以Windows 95实模式启动后,将创建一个RAM盘,并将Windows 95实模式文件从远程启动服务器拷贝到RAM盘,加载Windows 95实模式网络设备启动并建立一个到SBS服务器的连接。最后,连接到该客户机的计算机目录(Machine Directory)所在的服务器上,并根据计算机目录中的有关设置及数据完成Windows 95启动过程。

2 PXE启动原理
  PXE是RPL的升级品,它是Preboot Execution Environment的缩写。它们的不同之处在于RPL是静态路由,而PXE是动态路由。其通信协议采用TCP/IP,与Internet连接高效而可靠,PXE无盘工作站的启动过程分析如下:

¨客户端个人电脑开机后, 在 TCP/IP Bootrom 获得控制权之前先做自我测试。

¨ Bootprom 送出 BOOTP/DHCP 要求以取得 IP。

¨如果服务器收到个人电脑所送出的要求, 就会送回 BOOTP/DHCP 回应,内容包括客户端的 IP 地址, 预设网关, 及开机影像文件。否则, 服务器会忽略这个要求。

¨ Bootprom 由 TFTP 通讯协议从服务器下载开机影像文件。

¨个人电脑通过这个开机影像文件开机, 这个开机文件可以只是单纯的开机程式也可以是操作系统。

¨开机影像文件将包含 kernel loader 及压缩过的 kernel, 此 kernel 将支持NTFS root系统。

¨远程客户端根据下载的文件启动机器。

3 Windows 2000终端(WBT)的特点及纯软件终端启动原理

WBT(Windows Based Termintal)是Windows2000 Server/Advanced Server推出的一项标准服务,它允许用户以Windows界面的客户端访问服务器,运行服务器中的应用程序,使用户就像用自己的计算机一样。在WBT的网络中,所有应用软件的安装、配置、运行和存储等均在服务器上进行,客户机(终端)只作为输入输出设备。当终端用户登录到服务器后,就可以像使用本地资源一样使用服务器上的资源,运行服务器上Windows应用程序。多个终端用户可以同时登录到服务器上,互不影响地工作。这样的网络十分容易进行集中管理,很适合学校和中小企业的局域网构建。WBT的这一特点跟早期的UNIX的字符终端类似,但WBT的优势在于它是基于Windows的,具有友好的图形界面和Windows的易用性。另外,在WBT的网络环境下,网络传输的数据主要是键盘和鼠标的输入信息与显示器的输出信息,数据的处理都在服务器上进行,这就大大减少了网络的传输量。

此方案中将原本要淘汰的386、486计算机作为终端使用,有利于资源的再利用;同时,安装软件及运算等都在服务器上进行,一般情况只需维护一台服务器就行,对于软件及防病毒的管理也降低了,所以利用该方案大大降低了总体拥有成本,节省了大量的资金。它有以下一些特点:

¨运算、存储都在服务器内进行,安装软件只需安装在服务器上一份,所有终端就都可以使用;所有终端用户的文件都各自独立地存放在服务器上,即使掉电,也不会造成资料丢失;

¨机房维护由维护每一台PC,转变为维护一台服务器,维护成本大大降低;总拥有成本(TCO)大大降低;

¨ Windows2000 服务器版本是最新的服务器操作系统,性能非常稳定,整个系统的稳定性得到可靠保障;

¨ Windows2000 终端的界面是标准的 Windows风格界面,使用最新的Windows2000 的界面,用户非常熟悉,无需特殊培训;

¨能满足对因特网的需求;应用当今流行软件时单机反映速度快;使用 Windows终端与使用PC完全相同,所以在 Windows终端上的学习经验,可以应用到PC上;

¨管理和控制性强:终端服务器能够对终端进行管理,设定终端机运行的软件,同时能对终端机进行随时监控。

纯软件终端的启动原理:它的启动原理前一部分与RPL或PXE无盘启动原理完全相同,这里就不再详述了,后一部分的连接是基于Windows 2000多用户、多任务的基础上的终端服务,在工作站上安装由微软提供的32位的连接程序,或由第三方的提供的16位或32位在DOS、Windows 3x或Windows 9x无盘站安装连接程序,并设置好连接属性,然后在启动无盘站时将其连接命令加到DOS站的开机批处理,或加到无盘Windows 的启动组,使其自动连接Windows 2000服务器。在终端安装Windows CE,服务器端安装Windows 2000专业版,终端启动以后透过RDP协议运行服务器端的应用程序,服务器端进行应用程序运算后同样透过RDP协议将结果在终端显示。

3.2 无盘网络的历史及发展
  最早使用的无盘网络,应该是UNIX的字符终端,本书所指无盘网络是广义上的定义,也是就是说只客户机上无软硬盘,我们就称为无盘网络。

从1994年至1996年,绝大多数无盘网络基本构架都是采用Novell Netware 3.11或Novell Netware 3.12作服务器的操作平台,工作站以IPX方式登录。当时我们称它为IPX无盘网络,主要是用于教学网络,应用程序主要以DOS为主。

从1996年至1999年,以RPL方式登录的无盘网络占绝大多数,服务器端可以选择Novell Netware 4.1或Windows NT 4.0 Server,在此期间,由于微软的大力支持,在它的Windows 95产品系列中,推出了网络版的Windows 95即所谓的完全版,它包含了网络安装命令Netsetup,之后的几年RPL几乎成为了无盘网络的代名词,1998年微软推出的Windows 98,没过多久,又推出了Windows 98第二版,其内核较Windows95有较大变化,与Internet联系更加紧密,功能也有所增强,遗憾的是Windows98不再提供Netsetup命令,也就是说Windows98无法安装在无盘站上,尽管众多的爱好者不断的努力,无盘仍然不能98,期间,也有人声称成功安装无盘Windows 98,其实,只是改头换面的Windows 95,其内核仍然是Windows 95,我们把它称之为伪Windows 98。

自2000年至今的一年多来,由于Inter、3COM和QUALSTEM等大公司的界入,使无盘技术得到了飞速的发展,大量高质量的无盘支持软件不断出现,例如Inter PXE PDK、3COM DABS、3COM虚拟硬盘和QUALSTEM的Litenet。与之相对应的无盘方案也层出不穷,令人目不暇接,无盘站不能运行Windows 98已成为过去,新的无盘启动机制反过来被用到了RPL中,使得RPL工作站上也可以运行Windows 98了。与此同时,微软公司在其划时代的产品Windows2000中将终端技术收为标准组件,加上第三方软件Mateframe对终端的支持,使其可以在无盘DOS或无盘Windows3x下连接Windows2000 Server而形成所谓的纯软件Windows 2000 终端。目前在无盘技术方面有三个主流即:RPL无盘Windows98、PXE 无盘Windows 98系统和纯软件的Windows 2000 终端。可以看出在无盘组网方面用户有了更多的选择,而且无盘技术的应用领域更广,几乎所有有盘站能运行的软件在无盘站都能运行。







无盘网络的工作原理教程(二)




3.3 三种主流无盘网络的对比

面对各种无盘解决方案读者可能无可适从,本节将对PXE、 RPL、Windows 2000 自带的终端(下面称为标准WBT)与基于MetaFrame的终端(下面称为Meta WBT)之间的区别作一详细的介绍。我们把标准WBT和Meta WBT合称为终端。

标准WBT名气最大,是软件巨人微软推出,捆绑在Windows 2000里面。它也是微软针对嵌入式产品推出的重量级产品,微软希望籍此在嵌入式产品市场中抢得垄断地位。

标准WBT的优点是对终端的硬件要求不高,只须运行Windows CE以及处理一些简单I/O动作。不须对现有终端作更多改造升级或再投资,通常586机器即可满足要求,无须硬盘,在网卡的bootrom中增加Windows CE或PCI槽中插一片带Windows CE的DOS即可,终端的其它方面无须改动,保护现有投资。缺点:对服务器硬件要求高,因为所有的终端运行的应用程序都在服务器上运行,CPU及内存资源消耗相当大。同时,由于Windows CE本身受限的缺陷,即“客户机过瘦”,对各种外设的支持不足,相应的驱动程序较难找到,多媒体方面的性能较弱。大型软件的运行速度较慢。由于微软的惯例,客户端只限于Windows CE设备,服务器须是Windows 2000服务器,从而大大限制了它的应用场合。

MetaFrame国内较少见,大家较为陌生,是美国Citrix公司开发,支持16位,32位Windows PC,Windows终端,网络电脑,Windows CE设备,及范围很广的非Windows终端,web 浏览器等。服务器端是MetaFrame Server,其实质是用Windows 2000 Server上装有MetaFrame服务端程序。服务器可以采用多个服务器群集的方式,但须指定一个主服务器(Master metal frame Server)由于客户端程序可以跨平台工作,所以在未来ASP中竞争更强。工作方式也与标准WBT极为相似,客户端须自举启动(不一定选择Windows CE,可以用其它OS,包括DOS、UNIX等),然后可以透过ICA协议在服务器执行应用程序,服务器端也通过ICA传输用户界面,包括运行结果。服务器可以置在远端,然后终端通过ISDN,MODEN拨号,局域网,甚至无线传输等方式,以ICA协议与远端的服务器通信。这与标准WBT相比有着很大的优势,意味着ASP供应商可以透过Intenet提供应用服务。MetaFrame还有一个工具很诱人,管理员可以远程操控客户端界面,控制客户端的键盘,鼠标以及输出界面。MetaFrame 的缺点与标准WBT一样,对服务器硬件资源要求较高。实质上,MetaFrame与 WBT的核心技术是将用户界面程序与逻辑运行程序剥离,逻辑运行程序在服务器端运行,用户界面程序通过ICA或RDP协议传输到客户端,同时ICA或RDP将用户交互响应的信息(如键盘,鼠标操作等)送回至逻辑运行程序处理。但客户端系统的自举还须靠本地原有的OS如Windows CE等完成,故严格而言,并不算是远程启动技术。

PXE是真正意义上的远程启动技术。PXE是Intel公司开发,虽然推出时间不短,但真正有价值的应用却是今年内才体现。据网站记载,国内DTK公司,长城电脑都已成功在Intel PXE技术上研发Windows 98无盘工作站,并在教育系统中大力推广。工作站具有一个带有Intel PXE bootrom的网卡或集成到BIOS的英特尔PXE代码。当一个终端启动后,服务器的操作系统(OS)将被加载至其内存中。在远程启动软件外接附件的帮助下,服务器操作系统远程启动服务可以支持学生站运行Windows 95和Windows 98。当终端启动时,PXE代码将从服务器检索启动和配置软件,这一过程就是远程启动。

与终端技术不同的是,PXE运行应用程序用到的是本地的资源,及内存,只是相当于硬盘由网络代替了,服务器的负荷也大为减少,配置要求相对较低,这是比WBT先进的一大优点。由于工作站上运行的是真正的Windows 98,所以支持的应用软件十分丰富。工作站加上硬盘后就变成一个标准的PC机,可以在其它场合应用,从而保护了客户的投资。可惜的是,PXE现在还不支持拨号,ISDN等方式,因而不能透过Internet实现远程启动,因此作为ASP工具不太合适。但如果应用于电子教室,办公室,酒店,网吧,证券等场合则相当具有竞争力。在速度方面,与终端不相上下,但在多媒体方面,PXE占优势。

综上所述,三者各具优势,用户可根据自身的需求选择适当的技术和产品。一般而言,若ASP,远程教育选择Metal frame最为合适,局域网场合选用PXE较为合适,而PDA,手持设备等则选Windows CE为佳。

PXE与RPL在运行应用程序所使用的资源除硬盘外,都是本地的资源,从其运行模式来看两者有很多相似之处,但内核是截然不同的,以下从几个方面进行比较:

¨发展前景

PXE:Intel新推出的软件,从理论上来讲应该是很先进的,尽管还存在一些问题,但其优越的一面已经在应用中得到了充分的体现,而且Intel公司还将继续提供这方面的支持,并且公开源码,相信以后会更加改进。

RPL:Microsoft产品,已经很成熟了,而且许多爱好者都比较熟,技术资料到处都是,但Microsoft已经放弃了此产品开发与支持,不会再有更新的升级产品了。

¨工作站启动速度

从少量机器来看,PXE与RPL似乎没有太多的区别,但如果机器数量较多,PXE会快一些,其原因主要是RPL采用NETBEUI通信协议,若传送过程中有错误帧,RPL会要求整个数据包重发,而PXE采用基于TCP/IP的MTFTP(多点传送)的通信协议,若在传送过程中有错误帧,PXE并不是将整个数据包重发,只是将某一出错线程的数据重发,这样使整个网络的启动的速度加快。在工作站较多的情况下,出错的概率较高,因此在这种情况下启动速度的差别较大。

¨安装方面

PXE安装是基于本地上传的,也就是说,只要在一个工作站上安装好一台有盘工作站,然后通过上传软件,将整个硬盘上传服务器的一个共享目录下,安装步骤比较少,整个过程也很简单,安装成功率很高。传统方式下的RPL Windows 95无盘站的安装过程十分繁琐,且很容易出错,安装成功率很低。目前的RPL技术吸取了PXE的本地上传方式,使安装的方法接近PXE的安装,但需掌握RPL和PXE两项技术才能进行安装。当然目前出现的许多RPL98的安装工具,给安装无盘RPL Windows 98带来方便。
  
  ¨运行速度
  
  PXE要快一些,特别是在运行一些大的应用软件或上网时更加明显,主要原因是由于PXE的默认协议为TCP/IP。而在低配置无盘网络中,RPL无盘Windows 95要快一些。
  
  ¨日后维护方面
  
  PXE和改良的RPL在日后的维护方面十分方便,软件的维护量极低,所需的维护只是升级应用软件,删除客户机无用文件。若一段时间不用应用程序,且硬盘作好磁盘配额,那么在这段时间内可以作到软件零维护,对机房管理人员来说可以说是一个解放。传统的RPL网络的维护量极大,客户机可以轻意的破坏系统,虽然可以通过各种手段加以限制,但无法从根本上解决,而且由于各种限制的存在使Windows 界面面目全非。
  
  ¨硬件兼容性
  
  PXE软件可以大多数的网卡和主板,但PXE的启动芯片支持的网卡并不多,对主板的BIOS要求为AWORD的,其它的BIOS版本则有不兼容的现象,这是目前制约PXE发展的重要因素。RPL的硬件兼容性则很好几乎所有的网卡和主板都能支持。


















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