PXE(プリブート実行環境)とは?エンタープライズシステム向けネットワークブートの仕組みと活用メリット

著者:Rahul Awati
公開日:2021年11月23日

PXEの概要

PXE(Preboot Execution Environment、プリブート実行環境)は、一般に「ピクシー(pixie)」と発音されるクライアント・サーバー型の環境です。CD-ROMやハードディスクからではなく、ネットワークインターフェースカード(NIC)経由でコンピューターを起動できるようにする技術です。

PXEによるネットワークブートは、IP(Internet Protocol)、DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)、UDP(User Datagram Protocol)、TFTP(Trivial File Transfer Protocol)など、複数のネットワークプロトコルを組み合わせて実現されます。

PXEは、ストレージデバイスを持たないクライアントマシンをIT管理者が扱ううえで重要な役割を担います。ベンダーに依存しない技術であるため、新しいシステムをネットワークへ柔軟に追加でき、システム保守の簡素化にもつながります。

このオープンな業界標準は、1998年にIntelとMicrosoftが策定した「Wired for Management(WfM)」フレームワークの一部です。その後、Active Management Technology(AMT)が登場し主流となりましたが、PXEは今なおエンタープライズのネットワーク管理者にとって有用なツールであり続けています。

PXEブートの仕組み

コンピューターをネットワーク経由で起動する手法はいくつかありますが、PXEもその一つです。PXEはNICと連携し、NICをあたかもブートデバイスであるかのように動作させます。この仕組みは、コンピューターに内蔵ディスクドライブがなかった時代から発展してきたものです。

PXEブートは、クライアントシステムのPXE対応NICがDHCPサーバーへブロードキャスト要求(「discover」パケット)を送信するところから始まります。DHCPサーバーはこのパケットを受信すると、ブートファイルが格納されているTFTPサーバーのアドレスと、クライアントのIPアドレスを応答として返します。

具体的な処理の流れは以下のとおりです。

1. NICがDHCPサーバーに対し、「discover」パケットとしてブロードキャスト要求を送信する。
2. DHCPサーバーが要求を受け取る。
3. サーバーは、TFTPサーバーのアドレス、ブートイメージ(pxelinux.0)、IPアドレスやサブネットマスク、DNS(Domain Name System)などの標準情報を含む「offer」パケットで応答する。
4. クライアントシステムがサーバーからこれらの情報を受信する。
5. クライアントはサーバーの提案内容を解析し、IPアドレスやサブネットマスクといった各種ネットワークパラメーターの割り当てを受け取る。
6. クライアントはブートイメージを取得するため、PXEブートサーバー(TFTPサーバー)に接続する。
7. PXEブートサーバーがTFTP経由でブートイメージを送信する。
8. クライアントがブートイメージを実行する。
9. ブートイメージがTFTPサーバー上のpxelinux.cfgディレクトリ内からブート構成ファイルを検索する。
10. クライアントがカーネルおよびルートファイルシステムに関連するファイルをダウンロードしてロードする。
11. 最後に、クライアントシステムが再起動する。

DHCPサーバー側では、スコープオプションまたはサーバーオプションとして「Option 66」「Option 67」に必要な情報を設定します。Option 66は接続先サーバーを指定し、Option 67は要求するファイル名を指定します。この方法により、クライアントシステム用のブートファイルのロードと起動が可能になります。クライアントとサーバーが同一ネットワークセグメント上にあり、かつ単一のデバイスアーキテクチャのみを使用している場合に適した方式です。

DHCPサーバーのオプション画面から、管理者はMicrosoft Server Manager上でPXE自動化を構成できます。

PXEブートのメリット

PXEによるネットワークブートは、ルーターや中央管理型デバイスを利用して起動を行うディスクレス環境で特に有効です。主な利点は次のとおりです。

• クライアント側にOSやストレージデバイスが不要になる。
• 多くの作業をリモートで実行できるため、IT管理者の時間と労力を大幅に節約できる。
• データの保存と管理を一元化でき、より信頼性の高い情報セキュリティを実現できる。
• PXEはベンダーニュートラルであるため、ビジネス要件の変化に応じて新しいクライアントを容易に追加し、ネットワークを拡張できる。

PXEブートを無効化する方法

PXEはすべてのコンピューターでデフォルトで有効になっていますが、無効化することも可能です。手順はベンダーによって異なりますが、一般的にはBIOS(Basic Input Output System)の画面からのみ無効化できます。機種によっては、BIOSが「System Setup(システムセットアップ)」画面と呼ばれることもあります。

PXEブートを無効化する手順は以下のとおりです。

1. コンピューターの電源投入後、「Setup」画面に入る。通常は起動時のスプラッシュ画面表示中にF2キーまたはEscキーを押すことでアクセスできます。
2. 「Advanced」タブを開き、「Integrated Devices」オプションを探す。
3. 「Network Interface Controller」オプションを見つける。
4. 設定値を「On with PXE」から「On」に変更してPXEを無効化する。表記はベンダーにより異なる場合があります。
5. 以上でPXEが無効になります。
6. 一部のシステムにはPXEの選択肢自体が存在しない場合があります。その場合は「Advanced」タブ配下にある「Boot Order」または「Boot Sequence」項目へ移動します。
7. ネットワークカードをブート順序リストの一番下へ移動します。これによりPXEが実質的に無効化され、NICではなくハードドライブやその他のメディアから起動するようになります。
8. 最後に、変更を保存してBIOSセットアップを終了します。

PXEとiPXEの違い

PXEとTFTPは、もともと低速で不安定なネットワークを前提に設計されました。しかし、ギガビットネットワークが普及した現在では、PXEおよび関連プロトコルはやや時代遅れになりつつあります。iPXEはGNU GPLライセンスのオープンソースネットワークブートファームウェアで、多くのネットワークカードメーカーやOEMの製品にデフォルトで搭載されています。

iPXEは従来のPXEブートプロセスを拡張し、以下のような多様な環境からのブートを可能にします。

• HTTP経由でのWebサーバー
• ワイヤレスネットワーク
• WAN
• クラウド
• iSCSI SAN
• FCoE経由のファイバーチャネルSAN
• AoE(ATA over Ethernet)SAN
• InfiniBandネットワーク
• USBメディア
• USBイーサネット

またiPXEでは、スクリプトを使ってブートプロセスを細かく制御できます。iPXEはコンピューターのNIC上にある既存のPXE ROMを置き換えることが可能で、再書き込みなしに既存のPXEからiPXEへチェーンロードして機能を利用することもできます。

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