PXE 是什么意思？网络启动装机的原理与完整流程

PXE 是什么意思？它是由 Intel 主导制定的网络启动规范，全称 Preboot eXecution Environment，预启动执行环境，现在通行的 2.1 版发布于 1999 年。“预启动”说的是操作系统启动之前：服务器硬盘里什么都没有时，网卡固件自己就能上网，从服务器那里下载一个小程序到内存里运行。BIOS 启动菜单里的“PXE 启动”“Network Boot”，指的就是这个功能；“PXE 装机”则是它最常见的用法，借网络启动把安装程序和应答文件送到机器上，无人值守地装完系统。

PXE 是什么：网卡固件里的一段启动程序

PXE 客户端不在操作系统里，而在固件里：

启动模式	PXE 客户端在哪	开机时屏幕上的典型字样
Legacy（传统 BIOS）	网卡上的 Option ROM，内含 DHCP 客户端、TFTP 客户端和 UNDI 网卡驱动接口	网卡型号、MAC 地址和 PXE 字样
UEFI	主板固件的网络协议栈，网卡提供 UEFI 驱动	Start PXE over IPv4（或 IPv6）

理解 PXE 有一个关键点：PXE 本身只做一件事，就是把第一个程序下载到内存并执行。这个程序叫网络引导程序（NBP，Network Bootstrap Program），常见的有 PXELINUX、GRUB、iPXE，以及 Windows 部署服务（WDS）的 wdsnbp.com（BIOS）和 wdsmgfw.efi（UEFI）。之后显示什么菜单、加载哪个内核、装什么系统，全是 NBP 和安装程序的事，PXE 已经退场了。所以“PXE 装机”其实是三段接力：固件里的 PXE 把 NBP 拉进来，NBP 把内核和安装程序拉进来，安装程序按应答文件把系统装到硬盘上。

几个常被混用的说法：

• PXE 启动：启动方式，和“从硬盘启动”“从 U 盘启动”并列。
• PXE 服务器：提供 DHCP、TFTP、安装源的那台（或那几台）机器，不是某个专门的软件。
• PXE 装机：用 PXE 启动来安装操作系统的整个过程，业内也叫网络装机、网络安装。

PXE 启动的完整流程：从开机到系统装完

1. 固件初始化网卡。开机自检后，按启动顺序轮到网卡，固件加载 PXE 客户端，网口链路起来后开始发请求。
2. 广播 DHCP Discover。和普通 DHCP 请求不同，PXE 客户端会带上几项特殊选项：选项 60（厂商类别）写着 PXEClient:Arch:00007:UNDI:003016 这样的字符串，表明“我是来网络启动的”；选项 93 是客户端架构，0 代表传统 BIOS，x86-64 UEFI 多为 7（部分固件报 9），ARM64 UEFI 为 11；选项 97 是客户端标识，通常就是主板 UUID。
3. DHCP 服务器应答。除了 IP 地址，应答里还要有两样东西：TFTP 服务器地址（报文头的 next-server 字段或选项 66）和引导文件名（报文头的 file 字段或选项 67）。DHCP 服务器根据选项 93 判断是 BIOS 还是 UEFI，给出不同的文件名。现网 DHCP 不归你管、改不了时，可以另起一个 proxyDHCP：地址仍由原来的 DHCP 分，proxyDHCP 只补充引导信息，过程中会用到 UDP 4011 端口。
4. TFTP 下载网络引导程序。客户端向 TFTP 服务器的 UDP 69 端口发读请求，下载 NBP 到内存并执行。传统 TFTP 每个数据块 512 字节，发一块等一个确认，所以很慢；客户端和服务器支持 blksize 选项（RFC 2348）时可以协商更大的块。
5. NBP 读取配置，加载内核和 initrd。以 PXELINUX 为例，它会按固定顺序找配置文件：先找以主板 UUID 命名的，再找 pxelinux.cfg/01- 加 MAC 地址（短横线分隔）命名的，再按 IP 地址的十六进制形式逐位缩短查找，最后用 pxelinux.cfg/default。这个顺序意味着你可以给某一台机器单独写一份配置，而不影响其他机器。
6. 安装程序拉取安装源和应答文件。内核启动后运行安装程序，按启动参数里写的地址，从 HTTP、NFS 或 SMB 下载安装包和应答文件。几 GB 的安装源不走 TFTP，这是 PXE 环境里要再放一个 HTTP 服务的原因。
7. 自动安装、重启进入新系统。安装程序按应答文件分区、装包、执行装后脚本，最后重启。这里有一个经典的坑：如果网卡排在启动顺序第一位，重启后又会进 PXE，再装一遍。常见的防法是装机时用 BMC 设置“仅下一次从 PXE 启动”，或者让菜单默认项从本地硬盘启动，装完后删掉这台机器的专属配置。

整个过程的耗时，前四步通常只有十几秒到一分钟，主要时间花在第 6 步下载安装包和第 7 步安装上，取决于安装源的带宽和装多少软件包。

抓包看一次 PXE 启动

排查或学习时，在 PXE 服务器的装机网卡上抓包，能把上面每一步对应起来（ens19 换成你的网卡名，MAC 换成待装机器业务网卡的 MAC）：

tcpdump -ni ens19 -vv 'port 67 or port 68 or port 4011 or ether host 3c:ec:ef:12:34:56'

顺序	看到的报文	重点看什么
1	DHCP Discover（客户端广播）	选项 60 是否为 PXEClient 开头，选项 93 是 0 还是 7
2	DHCP Offer	是否带了 next-server 和引导文件名，文件名和架构是否对应；有两台服务器同时应答就是 DHCP 抢答
3	DHCP Request / ACK	地址是否确认成功
4	发往 UDP 69 的 TFTP 读请求	请求的文件名和服务器上的实际路径是否一致
5	大量 TFTP 数据和确认	引导程序、内核、initrd 正在下载
6	到 TCP 80 的 HTTP 请求	安装程序开始拉安装源和应答文件，PXE 阶段已经结束

哪一步之后再没有下文，问题就出在哪一步。

一套 PXE 装机环境需要哪些组件

组件	作用	常见实现	端口
DHCP	分配地址，告诉客户端去哪取哪个引导文件	ISC DHCP、Kea、dnsmasq、Windows DHCP	UDP 67、68
proxyDHCP（可选）	现网 DHCP 不能改时，只补充引导信息	dnsmasq、WDS	UDP 67、4011
TFTP	传送引导程序、菜单、内核和 initrd	tftp-hpa、dnsmasq 内置	UDP 69，数据走高位端口
网络引导程序	显示菜单，加载内核或 WinPE	PXELINUX、GRUB（UEFI 下通常配 shim）、iPXE	—
安装源	系统安装包或镜像内容	nginx、Apache、NFS、SMB（装 Windows 时）	TCP 80、2049、445
应答文件	替人回答安装程序的所有问题	Kickstart、preseed、autoinstall、autounattend.xml、ESXi 的 ks.cfg	跟随安装源
网络	让 DHCP 广播到达服务器	独立的装机 VLAN；跨网段时在网关上配 DHCP 中继	—
触发	让服务器这一次从网络启动	BMC 一次性启动设置、开机按 F12	UDP 623（IPMI）

前三项（DHCP、TFTP、引导程序）属于 PXE 本身，后面几项属于“装机”。Cobbler、Foreman、MAAS、iVentoy、WDS 这类工具，把其中几项打包在一起管理，原理并没有不同。

两个和网络有关、常被忽略的细节：

• 交换机端口要开快速转发。接待装机器的端口如果跑经典生成树，链路起来后要经过约 30 秒的侦听和学习才转发数据，PXE 客户端的 DHCP 请求可能在这段时间里超时。把这些端口设为边缘端口（思科叫 PortFast）即可。
• UEFI 安全启动要求整条引导链都有签名。开启安全启动时，NBP、内核都要有合法签名，发行版签过名的 shim 加 GRUB 可以通过，自己编译的 iPXE 一般过不了，要么关闭安全启动，要么换用签名的引导程序。

PXE 也在演进：iPXE 是一个开源的网络引导程序，可以被 PXE 加载后接管，用 HTTP 代替 TFTP 下载、执行脚本，速度和灵活性都好得多；UEFI 2.5 起的 HTTP Boot 则让固件本身直接用 HTTP 下载引导文件，客户端架构码也有对应的取值（x86-64 UEFI HTTP 为 16）。两者都还以 DHCP 为起点，可以看作 PXE 思路的延续。

应答文件：PXE 装机能做到无人值守的关键

PXE 只解决“启动”，真正让装机不用人守着的是应答文件。不同系统的格式不同，指过去的方式也不同：

系统	应答文件	怎么告诉安装程序去哪取
Rocky Linux、AlmaLinux、RHEL 8 / 9	Kickstart	内核参数 inst.repo=http://10.30.0.2/rocky9 inst.ks=http://10.30.0.2/ks/web.cfg
Debian	preseed	内核参数 auto=true priority=critical url=http://10.30.0.2/preseed/web.cfg
Ubuntu Server 20.04 及以后	autoinstall（cloud-init 格式）	内核参数加 autoinstall 并指定 nocloud 数据源地址，写法随版本有变化，以 Ubuntu 文档为准
Windows Server	autounattend.xml	WinPE 启动后运行 setup.exe /unattend: 加应答文件路径
VMware ESXi	ks.cfg	在 boot.cfg 的 kernelopt 一行写 ks=http://10.30.0.2/esxi/ks.cfg

应答文件里风险最高的是装到哪块盘。一份写着“清空全部磁盘”的应答文件，遇到挂着数据盘的机器会把数据一起清掉。以 Kickstart 为例，显式限定目标盘：

ignoredisk --only-use=sda
clearpart --all --initlabel --drives=sda
autopart --type=lvm

设备名在混插 SATA、NVMe 和阵列卡的机器上并不稳定，sda 不一定是你以为的那块盘。批量装机前先在一台样机上确认安装程序里的盘符，机型不同的分开写应答文件，或改用 /dev/disk/by-path/ 这类按物理位置命名的路径。

PXE 装机和 U 盘、光盘装机怎么选

对比项	PXE 网络装机	U 盘装机	光盘或 BMC 虚拟光驱
要不要到现场	不用，配合 BMC 远程触发	要	实体光盘要；虚拟光驱不用
前期投入	搭服务、写菜单和应答文件，首次以天计	做一个启动盘，十几分钟	准备 ISO
每台的人工	设置一次网络启动，几分钟	插盘、选启动项、守着安装	挂镜像、守着安装
能否同时装多台	能，上限取决于安装源带宽	一个 U 盘对应一台	每台单独挂镜像，要逐台操作
结果是否一致	同一份应答文件，分区和软件包一致	取决于操作的人	取决于操作的人
典型故障	DHCP 抢答、VLAN 不通、BIOS 与 UEFI 文件不匹配	启动盘制作模式不对、USB 口不识别	镜像传输慢或中断
适合	批量上架、出租业务反复重装	少量机器、新机房网络还没通	单台远程救急、装特殊系统

要不要搭 PXE，可以算一笔时间账。假设 U 盘装一台，人工要花 30 分钟（走到机柜、插盘、选启动项、回答安装向导）；第一次搭好 PXE 环境要 8 小时，之后每台人工 2 分钟。那么 8 × 60 ÷（30 − 2）≈ 17.1，装到第 18 台时，PXE 省下的时间就超过了搭建的投入。如果只是一次性上架十来台，U 盘或虚拟光驱更划算；如果是出租业务，机器退租、换客户、客户要求换系统，同一台机器一年要重装好几次，环境搭一次反复用，PXE 的账很快就算回来了。

以下情况不急着上 PXE：网段里有你管不了的 DHCP，又不方便用 proxyDHCP；一年只装几台机器；必须开启安全启动而手里没有签名的引导链；要装的系统需要大量人工选择，写不成应答文件。

在管理系统里怎么落地

PXE 解决了“机器怎么从网络把安装程序拉起来”，但在机房里，什么时候让哪台机器走 PXE、装完怎么确认、装的是哪个镜像，还要有人调度。Toplink DCIM 的 IPMI 远程管理可以通过 BMC 把服务器的下一次启动设为 PXE、在线 ISO 或硬盘，配合重装系统使用；批量装机时可以一次把多台服务器设为从 PXE 启动，交给任务队列批量重装，后台能看到每台的进度，各机房部署的从节点就近执行重装任务。服务器分配给客户后，客户在自助端选择镜像自行重装，重装属于高危操作，需要输入 OTP 动态口令确认。