네트워크 부팅에 관한 소개

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2018. 8. 9.



네트워크 부팅과 Etherboot에 관한 소개

번역 : 이성주 / 고려대학교 컴퓨터학과


이 글에 대한 원문은 다음의 웹페이지에서 보실 수 있습니다.

http://mercury.chem.pitt.edu/~tiho/LinuxFocus/English/September1998/article2.html

요약 : 이것은 어떻게 컴퓨터가 로컬하드디스크에 대한 접근없이 비휘발성 메모리에 저장되어 있는 프로그램으로부터 부팅 할 수 있는가에 대한 설명을 담고 있다. 이것은 리눅스 박스가 여러대 있을 경우에 유지하고 설정하는 방법으로도 활용된다.

 

1. 네트워크 부팅이 무엇인가?

    네트워크 부팅은 오래된 생각이다. 중심이 되는 생각은 컴퓨터가 비휘발성 메모리(예를 들면 ROM 칩)에 일련의 부팅에 관련된 코드를 가지고 있어서 네트워크를 통해서 서버에 접근하여 시스템 파일들을 얻어오는 것이다. 목표는 부팅을 위한 하드 디스크의 사용을 피하는 것이다. 이렇게 하는데는 여러 가지 이유가 있다. 그리고 또한 여러 다른 장비에서 설치될 소프트웨어 유지비용을 줄이는데 있다. 네트워크 부팅을 통해서 필요한 파일들은 중앙 서버에서 유지가 되고 한 곳에서만 갱신되어질 수 있게 만들 수 있는 것이다. 또 다른 목표는 하드디스크를 사용하기에 적합하지 않거나, 또는 충분한 용량을 가지지 못하는 컴퓨터에서도 사용이 가능하게 하는 것이다. 예를 들어 하드디스크가 망가지기 쉬운 공장등에서 사용하는 컴퓨터가 있을 수도 있다. 마지막 목표는 어떠한 소프트웨어를 다시 불러오는 것 없이도 서로 다른 운영체제로의 전환이 가능하게 하는 것이다.

    네트워크 부팅은 디스크 부팅과 같이 사용할 수 있다. 예를 들면 윈도우즈는 디스크로부터 작동시키고 때로는 네트워크로 리눅스를 부팅 할 수도 있는 것이다. 이러한 기술의 몇 가지 관심을 가질 만한 적용방법을 예를 들면 필자의 친구는 이 기술을 사용하여 네트워크를 통하여 윈도우즈를 다시 설치할 때 사용한다. 자주있는 일이지만 윈도우즈가 망가졌을 때 시스템 관리자는 리눅스로 부팅해서 새로운 설치본을 가져온 후에 디스크를 포맷하고 이 새로운 설치본을 디스크에 설치할 수 있다.

     

2. 어떻게 동작하는가?

    네트워크를 통해서 부팅하기 위해서 반드시 있어야 할 것이 3가지가 있다. 그것은 해당 컴퓨터가 인식될 수 있는 유일한 이름, 운영체제의 이미지, 그리고 작업할 파일 시스템이다.

    디스크 없는 컴퓨터(Diskless Computer 이하 DC)

    네트워크 부트 ROM을 가지고 있다는 것을 알고 있어야 한다. 이것은 몇 개씩 동일한 DC들 중에 하나가 될 수 있다. 그렇다면 어떻게 이 컴퓨터를 다른 것들과 구별할 수 있을까? 가능한 방법은 다음과 같다. 그 컴퓨터(실제로는 네트워크 어댑터에 있다)에는 유일한 어떠한 정보가 있는데 이것은 이더넷 어드레스이다. 모든 이더넷 어댑터에는 유일한 48비트의 이더넷 어드레스가 있다. 이것은 이너넷 어댑터 제조회사마다 어드레스를 할당받아서 사용하고 있기 때문에 가능한 것이다. 관례상 이 어드레스는 두 개의 숫자 그룹으로 이루어져서 각각의 콜론으로 구분되어진 16진수로 쓰여진다. 예를 들면 00:60:08:C7:A3:D8 이러한 식이다.

    주어진 이더넷 어드레스로부터 IP 어드레스를 얻기 위해서는 사용하는 프로토콜은 부트 프로토콜(Boot Protocol : BOOTP)과 동적 호스트 설정 프로토콜(Dynamic Host Configuration Protocol : DHCP) 이라고 불린다. 우리의 논의에서는 특별한 이야기가 없다면 BOOTP에 적용된 것은 DHCP에도 적용된다. (실제로 BOOTP와 DHCP가 오직 이더넷 어드레스를 변환 시켜주는 것이라고 한 것은 약간은 틀린 것이다. 앞으로 보게 되겠지만 BOOTP와 DHCP의 규약을 만든 설계자들은 어떤 종류의 하드웨어 어드레스에서도 작동하도록 하고 있다. 그러나 이더넷이 가장 많이 사용되는 것이기 때문에 여기서는 이렇게 말한 것이다.

    BOOTP 의 상호작용의 예는 다음과 같다.

      DC : 이봐, 내 하드웨어 어드레스가 0:60:08:C7:A3:D8 인데
              나에게 IP 어드레스를 줘라.
      BOOTP 서버 : (데이터베이스에서 어드레스를 살펴본다.) 네 이름은 aldebaran 이고
                           네 IP 어드레스는 192.168.1.100 이다. 네 서버는 192.168.1.1 이고
                           네가 부팅하기에 필요한 파일은 /tftpboot/vmlinux.nb 이다.
                           (그리고 추가적인 정보가 조금 더 있다.)

    이쯤 되면 독자들은 어떻게 DC가 BOOTP 서버의 주소를 발견할 것인가 궁금할 것이다. 그 답은 발견하려고 노력하지 않는다는 것이다. BOOTP 요구는 로컬네트워크에 브로드캐스트되고 어떠한 BOOTP 서버가 그 요구에 답을 하는 것이다. 즉, 서버를 찾는게 아니라 그냥 내 하드웨어 어드레스를 브로드캐스트하면 BOOTP 서버는 이것을 감지하고 해당 요구가 들어온 호스트에 적당한 일을 하게 되는 것이다.

    IP 어드레스를 얻어온 후에 DC는 운영체제 이미지를 다운로드해야 하고 그것을 실행시켜야 한다. 여기서 다른 인터넷 프로토콜이 사용되는데 이것은 Trivial File Transfer Protocol(TFTP)이다. TFTP는 FTP의 축약버전이다. 여기에는 인증과정도 없고 UDP로 동작한다. 이 프로토콜에서 TCP 대신 UDP가 선택된 것은 간결함 때문이다. DC에서 UDP의 구현은 ROM에 넣을 수 있을 정도로 작은 코트로도 가능하게 되기 때문이다. UDP는 스트림이 아니라 블록단위로 처리되는 프로토콜로서 전송이 블록단위로 이루어진다. 다음을 보면 알 수 있다.

      DC : /tftpboot/vmlinux.nb 의 1번재 블록을 줘라.
      TFTP 서버 : 여기있다.
      DC : 2번째 블록을 줘라.

    이러한 과정이 모든 파일이 전송될 때까지 한다. 핸드쉐이킹은 각 블록전달에 있어서 간단한 ACK이다. 그리고 패킷손실은 일정시간의 타임아웃을 확인하여 재전송하는 것으로 처리된다. 모든 블록이 받아지면 네트워크 부트 ROM은 운영체제의 이미지의 시작으로 제어를 넘긴다.

    마지막으로 운영체제를 실행시키기 위해서 루트 파일시스템이 제공되어져야 한다. 리눅스와 다른 유닉스에서는 일반적으로 Network File System(NFS) 프로토콜을 사용한다. 물론 다른 것도 있다. 이 경우에는 해당 프로토콜의 코드는 ROM 에 있지 않고 다운로드한 운영체제에 있게 된다. 이때 운영체제는 실제적인 디스크 대신에 NFS 로 되어있는 루트파일시스템을 사용할 수 있는 기능이 있어야 한다. 리눅스는 이렇게 하기 위해서는 필요한 설정변수들을 가지고 있다.

     

3. 네트워크 부팅을 해보자.

    상업적인 부트 ROM을 제외하고 네트워크 부팅을 지원하는 두 개의 공개된 패키지가 있다. 하나는 Etherboot 이고, 하나는 Netboot 이다. 둘 다 Etherboot 홈페이지에 있다. 먼저 가지고 있는 네트워크 카드가 Etherboot 나, Netboot를 지원하는지 확인해야 한다. 그리고 최종적으로 EPROM 에 코드를 기록해줄 사람이 있어야 하지만 그러나 우선은 플로피로 네트워크 부팅을 할 수 있도록 해보자.

    부트 플로피를 만들려면 특별한 부트 블록이 배포본에 제공되어진다. 이 작은 512바이트 프로그램은 플로피로부터 메모리로 디스크 블록을 로드하고 실행을 시킨다. 부트 플로피를 만들기 위해서는 부트블록에 이어서 네트워크 카드에 대한 드라이버를 포함하는 Etherboot 바이너리를 추가시켜야 한다. 다음과 같이 한다.

      cat floppyload.bin 3c509.lzrom >/dev/fd0

     네트워크 부트 플로피를 사용하기 전에 리눅스에서 세가지 서비스(BOOTP 또는 DHCP, TFTP, NFS)를 설정해야 한다. 당장 이 세가지를 모두 설정할 필요는 없다. 단계적으로 하면 되기 때문에 일단 한 단계씩 해보는 것이 좋을 것이다.

    필자는 소스를 컴파일하든지 또는 배포본으로 설치 했던지간에 bootpd 서버가 설치되어있는 것으로 가정할 것이다. 그래서 독자는 이 서버가 bootp 요구를 기다리게 해야 한다. 이렇게 하는 것에는 두 가지 방법이 있다. 한 가지는 bootpd을 네트워크 서비스로 시작시키는 것이다. 다른 한 가지는 inetd으로부터 시작하는 것이다. inetd을 사용하는 경우에는 /etc/inetd.conf에 다음과 같은 내용이 포함되어 있어야 한다.

      bootps dgram udp wait root /usr/sbin/tcpd bootpd

    만약 /etc/inetd.conf를 수정한 경우라면 inetd을 다시 실행시켜야 한다.

    다음으로 bootp 에 이더넷어드레스와 IP 어드레스사이의 맵핑에 관한 데이터베이스를 주어야 한다. 이 데이터베이스는 /etc/bootptab 이다. 여기에는 다음과 같은 내용을 담고 있다.

      aldebaran.foo.com:ha=006008C7A3D8:ip=
      192.168.1.100:bf=/tftpboot/vmlinux.nb
      Other information can be specified but we will start simple.

    플로피로 DC를 부팅하면 이더넷 카드가 발견되고 BOOTP 요구를 브로드캐스트해야 한다. 만약 잘된다면, 필요한 정보가 DC 로 보내질 것이다. /tftpboot/vmlinux.nb가 아직 없기 때문에 파일을 로드하는 것은 실패할 것이다.

    이제 특별한 커널을 컴파일할 필요가 있다. 이 커널은 NFS로부터 루트 파일시스템을 마운트할 수 있는 옵션이 있어야 하고 BOOTP 응답으로부터 커널의 IP 어드레스를 얻을 수 있는 옵션도 있어야 한다. 또한 네트워크 어댑터의 드리이버를 모듈로서가 아닌 커널에 직접 포함하고 있어야 한다. 모듈로 하는 것도 최기화 램디스크를 사용하여 다운로드하면 가능하지만 이것은 나중에 하도록 한다.

    커널컴파일이 끝난 후에 zlmage를 바로 설치할 수 없다. 이것을 태그된 이미지로 변경하는 것이 필요하다. 태그된 이미지는 네트워크 부트로더에 메모리에 어느 부분으로 가야하고 프로그램의 시작주소가 무엇인지를 알려주는 특별한 헤더를 가지고 있는 일반적인 커널 이미지이다. 이 태그된 이미지는 nknbi-linux 라는 프로그램을 이용하여 만들 수 있다. 이 유틸리티는 Etherboot 배포본에서 찾을 수 있다. 이미지까지 만들어졌다면 이것을 /etc/bootptab 에 지정된 이름으로 /tftpboot 디렉토리에 넣는다. 그리고 tftp 서버가 특별한 권한을 가지지 않고 있기 때문에 이 파일이 읽을 수 있도록 되어있는지를 확인한다.

    TFTP를 위해서 필자는 tftpd 가 설치되어 있다고 가정한다. tftpd 는 보통 inetd이 실행시킨다. 그래서 /etc/inetd.conf 파일에 보면 다음과 같은 줄이 있다.

      tftp dgram udp wait root /usr/sbin/tcpd in.tftpd -s/tftpboot

    만약, 새로 변경을 하였다면 HUP 시그널을 주어서 inetd을 다시 실행시킨다. 이제 부트가 계속 진행되는 것을 확인할 수 있을 것이다. 그러나 아직 루트파일시스템을 마운트 할 수는 없다. 이 시점에서 NFS 파티션을 설정을 해주고 익스포트 해주어야 한다.

    여러 가지 이유로 서버의 DC의 루트 파일시스템으로서 서버의 루트 파일시스템을 사용하는 것은 좋은 생각이 못된다. 이유는 첫째로 많은 서버의 설정파일들이 DC에 잘못된 정보를 줄 수 있고 두 번째는 보안에 관한 것이다. 서버루트에 대해서 쓰기 접근을 허용하는 것은 매우 위험한 일이다. 그러나 다행히도 DC를 위한 루트 파일 시스템은 그렇게 크지 않아도 상관없다. 약 30MB 정도를 사용하고 다수의 DC들 사이에 이 부분을 공유할 수 있게 하면 된다. 생각해보면 루트 파일 시스템을 만들기 위해서 운영체제 배포본의 파일들이 어디에 있어야 하는지 알아야 한다. 부팅되기 위해서 중요한 것은 장치파일들이다. 이 장치파일들은 /sbin 과 /etc 에 있다. 다행히도 현재 있는 루트 파일시스템에서 복사를 해야하는 것이나, 또는 DC를 위한 몇 개의 파일을 변경하는 것을 피할 수 있는 방법이 있다. Etherboot 배포본 안에는 현재의 서버 루트 배포본에서 DC 루트 파일 시스템을 만들 수 있는 쉘 스크립트 파일이 있고 설명이 있다. 그리고 이 배포본의 Etherboot 문서안에는 설정할 때 자주 사용하는 팁으로서 문제해결을 위한 팁이 있다.

    DC를 위해서 만든 리눅스 커널은 /tftpboot/<DC를 위한 IP 어드레스>에서 루트 파일시스템을 찾으려고 한다. 예를 들면 /tftpboot/192.168.1.100 의 경우가 되는 것이다. 이것은 필요하다면 커널을 구성할 때 바꿀 수 있다.

    서버의 /etc/exports를 만들고 다음과 같은 내용을 포함하도록 편집하자.

      /tftpboot/192.168.1.100
      aldebaran.foo.com(rw,no_root_squash)

    rw 액세스는 여러 가지 시스템 서비스를 위해서 필요하다. no_root_squash 속성은 NFS 시스템에 접근할 수 있도록 하는 것이다. 만약 이것이 지정되지 않는다면 여러 가지 데몬과 로그프로그램이 잘 작동하지 않을 것이다.

    NFS 서비스(rpc.portmap와 rpc.mountd)를 새로 시작하거나 또는 재시작하고 다시 디스크없는 부팅을 시도해보자. 만약 성공이 되었다면 커널은 루트 파일시스템을 마운트 할 수 있을 것이고 모든 부분이 정상적으로 이루어져서 로그인 프롬프트가 나올 것이다. 그러나 대부분의 경우는 설정이 잘못되어 있는 것을 알 수 있을 것이다. 대부분의 리눅스 베포본은 디스크에서 운영하도록 만들어져서 설정들도 디스크없는 부팅과 같은 경우와는 맞지 않는 것이 있다. 대부분의 일반적인 실패의 경우는 부팅하는 동안 /usr 아래에 있는 파일들에서 나타난다. 이럴 때는 두 가지 해결방법이 있다. 첫 번째는 필요한 몇 개의 파일을 루트 파일시스템 밑에 /usr를 만들어 놓고 여기에 복사를 해놓는 것이다. 두 번째는 루트 파일시스템 안에서 파일들의 경로를 바꾸어 주는 것이다. 편집해야 하는 파일들은 /tftpboot/192.168.1.100 에 있다.(이 곳이 DC의 루트 디렉토리라는 것을 기억하자)

    /usr 와 같은 서버의 다른 디렉토리도 마운트 할 수 있도록 하면 좋지 않을까 하고 생각한다면 그렇게 하면 될 것이다.

    어떠한 문제도 없이 네트워크를 통한 부팅이 이루어졌다면 이제 EPROM에 코드를 넣기를 바랄 것이다. EPROM 프로그래머는 미국에서는 $100정도의 돈을 받는다. 아마 취미로 하는 사람들 같으면 돈을 받지는 않을 것이다.

     

4. 네트워크 부팅의 사용

    X 터미널이 네트워크 부팅을 사용하는 가장 일반적인 경우이다. 터니널 안에 디스크가 없으면 조용하게 되고 작업 환경을 쾌적하게 만들 것이다. 장비는 16MB 이상의 메모리와 좋은 비디오 카드를 가지고 있어야 한다. 고급기종의 486과 저급기종의 펜티업 PC를 활용하는 것도 좋은 생각이다. 어떤 사람들은 DC의 사용이 손쉽지만 디스크에 대한 보장이 없는 곳 즉 학교같은 곳에서 장비들을 클러스터하기 위해서 네트워크 부팅을 사용하기도 한다.

    추가적인 정보는 Etherboot 홈페이지에서 찾을 수 있을 것이고 그 주소는 다음과 같다.


 출처 : http://www.linuxlab.co.kr/docs/98-12-1.htm