PXEとは｜プリブート実行環境（Preboot Execution Environment）について徹底解説

PXEとは

PXEとは？PXEはPreboot Execution Environment（プリブート実行環境）の略称です。ネットワークカードのみを使用して端末コンピュータ（クライアント）を起動させる方法です。PXEはBOOTP/DHCP/TFTPなどの初期のプロトコルに由来し、2015年にはUEFI規格の一部となりました。

PXEは、標準規格に準拠しており、オープンソースのソフトウェアやベンダーがサポートする製品を使って実装することができます。PXEは、ネットワーク経由でサーバーやワークステーションを自動的に構成できるため、データセンターのインフラストラクチャの重要なコンポーネントとなっています。

PXEスタックについて詳しく知ることは、ベアメタルサーバー、組み込みデバイス、IOTデバイスのインフラ展開に携わる方にとって役立つと思います。

PXEのメリット

PXEを使用するメリットは以下の通り：

• PXEはサプライヤとは関係がないため、新しいPCをネットワークに簡単に追加できます。
• クライアントコンピューターには、必ずしもOSやハードディスクさえも必要ありません。
• ハードウェアやソフトウェアに障害が発生した場合、クライアントコンピューターを再起動させることができます。これにより、管理者は問題を診断し、解決できます。関連記事：PXEブート（プリブート実行環境）ツールの使い方

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PXEの用途

このパートでは、PXEの用途について紹介します。

1. 動的ホスト構成プロトコル(DHCP)、クライアントは IP アドレスを受け取り、ネットワーク サーバーにアクセスできます。関連記事：DHCPサーバーに連絡できない時の対処方法
2. クライアントの基本入力オペレーティングシステム(BIOS)またはダウンロードされたネットワークブートプログラム(NBP)によって使用される一連のアプリケーションプログラムインターフェイス(API)のセットで、オペレーティングシステムとその他の設定手順を自動的に開始します。
3. PXE ROMチップまたはブートディスク内のPXEコードを初期化するための標準的な方法です。

PXEの仕組み

プロトコルはクライアントとサーバーに分かれています。PXEクライアントは、ネットワークカードのROMにあります。コンピューターが起動すると、BIOSはPXEクライアントを実行するためにメモリに転送し、コマンドメニューを表示します。ユーザーが選択すると、PXEクライアントがリモートに配置されます。オペレーティングシステムがダウンロードされ、ネットワーク経由でローカルに実行されます。

クライアント側では、PXE対応のNICのみを必要とし、DHCPやTFTPなどの業界標準のネットワークプロトコルの小さなセットを使用します。以下、NIC、DHCPサーバー、TFTPサーバーの詳細について説明します。

NIC

NICはネットワークインターフェイスコントローラーを指します。コンシューマーグレードのネットワークカードの多くは、PXE機能を備えていません。PXE対応のNICは、データセンターグレードのサーバーのDEファクトスタンダードです。PXE対応のNICの中には、オープンソースのPXEファームウェアを使用しているものもあります。

DHCP

DHCPは、動的ホスト構成プロトコルを指します。DHCPには、DHCPサーバーとDHCPクライアントの2種類のアクターがあります。DHCPは、ネットワーククライアントに提供する幅広いオプションをサポートしています。

ただし、通常は、クライアントが使用するIPアドレス、デフォルトゲートウェイアドレス、名前解決に使用するDNSサーバで構成されています。PXEの場合、これはサーバーのIPアドレスを含むオプションで、そこからスタートアップファイルをダウンロードできます。

TFTPサーバ

TFTPは、Trivial File Transfer Protocol（トリビアルファイル転送プロトコル）の略称です。これは、ファイルを取得・送信するためのシンプルなUDPベースのプロトコルです。シンプルなので、リソースが限られたファームウェア環境での実装に最適です。

TFTPには、そのシンプルな性質のため、追加機能はありません。ファイルの取得と配置のみをサポートします。ディレクトリのリストはないので、ダウンロードするファイルの正確なパスを知っておく必要があります。また、認証や認可もありません。

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最後に

上記、PXEの概要、メリット、仕組みについて紹介しました。この記事を読んで、PXEについて理解を深めていただければ幸いです。