Una propuesta de mejora a la
infraestructura en laboratorios de
redes y de telecomunicaciones
Instituto de Ingeniería
http://www.uv.mx/insting
Virtualización con arranque
remoto por PXE
M.I. Alberto Pedro Lorandi Medina
[email protected]
http://www.uv.mx/alorandi
2010
Introducción
 Tradicionalmente, laboratorios basados en una
infraestructura física son de un gran valor
educacional pero implican, entre otras cosas:
 Altos costos de adquisición.
 Una buena cantidad de trabajo físico para cada una
de las prácticas a realizar.
 Una escasa o reducida flexibilidad.
 Costos de mantenimiento.
 Problemas de obsolescencia de equipo.
Introducción
 Con técnicas de virtualización, complementadas
con arranque remoto por PXE y una librería de
Sistemas Operativos pre-configurados, se puede
mejorar la infraestructura de laboratorios.
 Bajo este esquema puede ser posible:
 Reducir costos por mantenimiento.
 Reducir el tiempo de preparación de prácticas.
 Ayudar al proceso de enseñanza aprendizaje con
prácticas en escenarios reales.
 Reforzar el valor de los experimentos de laboratorio.
 Tener flexibilidad para el desarrollo de prácticas.
El Esquema Tradicional
 En los laboratorios tradicionales, los instructores
se enfrentan a una buena cantidad de trabajo
para lograr que, con el equipo disponible, se
puedan desarrollar las prácticas necesarias.
 A veces una simple práctica en la que se modele,
reproduzca y analice una pequeña red, con unos
cuantos servidores de DNS, Correo, WEB y un
Firewall, por ejemplo, puede tomar un par de
días de preparación y pruebas.
El Esquema Tradicional
 Además, al preparar y desarrollar prácticas, el
equipo no se puede utilizar en otras tareas.
 Aunado a lo anterior, la obsolescencia puede, en
un par de años, dejar un laboratorio de una
universidad pública en situaciones precarias.
 Si, además, sumamos la falta de flexibilidad en el
hardware tradicional usado, nos enfrentamos a
una serie de problemas que afectan el proceso
de enseñanza aprendizaje severamente.
La Tecnología Puede Ayudar
 Con los avances en la virtualización y con el
incremento en poder de cómputo de las PCs
actuales, es posible con “relativa facilidad”,
obtener una mayor flexibilidad y un mejor uso
del equipo para desarrollo de prácticas.
 Con VirtualBox, una PC con medianos recursos
puede correr varios sistemas operativos donde
modelar, interactuar y desarrollar prácticas con
topologías relativamente complejas.
Un Primer Esquema
Un Posible Esquema
 Con algunas PCs, VirtualBox, una librería de
servidores virtualizados pre-configurados (para
copiar en las PCs) y una serie de escenarios de
red para desarrollo de prácticas, se podría suplir
el equipo físico tradicional.
 Sólo bastaría desarrollar una serie de escenarios
predefinidos, manuales de prácticas y una serie
de equipos virtualizados, para armar una amplia
gama de topologías de red para hacer prácticas.
Problemática
 Sin embargo, la solución presenta varios
inconvenientes:
 Se deben realizar varios pasos al copiar cada
máquina virtualizada antes de poder usarla.
 Es necesario configurar cada máquina virtual y
copiarla a discos USB, por ejemplo, lo que requiere
tiempo.
 Se corre el riesgo de sobre-escribir el repositorio y
perder varias horas de trabajo.
 Se requiere trabajo extra en cada PC.
La Tecnología Puede Ayudar
 Si retomamos el esquema de Workstation sin
disco, usando en su lugar máquinas virtuales,
combinadas con un arranque por PXE (Preboot
eXecution Environment), podemos tener un
esquema de laboratorio con mayor flexibilidad.
 Como las máquinas virtuales son capaces de
arrancar de red emulando las tarjetas físicas, que
arrancan por PXE, se puede fácilmente cargar
varios sistemas operativos diferentes en una PC.
Una Posible Mejora
 Con un servidor PXE que ofrezca a PCs virtuales
una gama de sistemas operativos, debidamente
pre-configurados, podemos armar en muy poco
tiempo una amplia variedad de escenarios para
el desarrollo de prácticas.
 Con una librería de sistemas, configurados como
servidores de DNS, Mail, WEB, LAMP, etc., por
ejemplo, se pueden arrancar servidores virtuales
de acuerdo a las necesidades de cada práctica.
Una Posible Mejora
 Si tomamos el concepto de “Virtual Appliance”,
siendo cada equipo un servidor pre-configurado
que, al cargarse en una computadora virtual,
supla equipos reales, podemos tener muchos
escenarios de red posibles.
 Estos “Appliance”, serían remasterizaciones de
Debian/Ubuntu, en forma de un ISO “LiveCD”,
que formarían una biblioteca de equipos a usar
en las prácticas sobre escenarios predefinidos.
Esquema Propuesto
Ventajas
 Bajo este esquema, el trabajo consiste en
desarrollar equipos pre-configurados y
convertirlos a Live-CDs, lo que en Debian con
Debian-Helper y en Ubuntu con UCK, es
relativamente sencillo.
 Esos Live CDs, en forma de un ISO, se montan en
el servidor de PXE haciendo un menú.
 Las PCs con VirtualBox se configuran para
arrancar de red, cargando esos ISOs.
Procedimiento
 Se desarrollan los escenarios de red necesarios y
los manuales prácticas.
 El proceso de desarrollo de prácticas consiste
sencillamente en:
 Arrancar las PCs virtuales necesarias de acuerdo a la
práctica, seleccionando las imágenes ISO adecuadas.
 Configurar lo necesario en cada equipo virtual, como
si fueran equipos reales.
 Desarrollar las prácticas.
Ventajas
 Ya que VirtualBox permite pausar las máquinas
virtuales, si algunas prácticas requieren de varios
días, basta pausar los equipos utilizados y
retomar el trabajo al día siguiente.
 El esquema permite a los estudiantes, además,
desarrollar prácticas cuando lo requieran ya que
pueden cargar los Appliances que quieran en su
LapTops, dentro de la red del Campus.
 El esquema puede ofrecer algunas cosas más.
Otras Ventajas
 Al desarrollar el trabajo se abrió la posibilidad de
adicionar al servidor de PXE, imágenes de
Ubuntu, Debian y otros derivados de Linux.
 Además, se pusieron algunas distribuciones
especializadas como Clonezilla para clonar
discos; Gparted y PartMagic para particionar
equipos; FreeNas, BackTrack, etc.
 Se pueden poner imágenes con BartPE o DrWEB
para eliminar virus, etc.
Resultados:
 Los resultados dan indicios de que la solución
puede llegar a ser más que aceptable.
 La inversión ha sido mínima por reutilizar un LH4
como servidor PXE que está demostrando un
desempeño razonable.
 3 PCs Dell con 4GB han soportado, cada una, 4
servidores virtuales, teniendo así 12 equipos que
cubren muchos escenarios reales.
 El consumo de ancho de banda es alto al inicio
pero la carga de los S.O. dura 4 ó 5 minutos.
El Menú de PXE
Trabajos Futuros
 Se puede continuar buscando cómo surtir, por
ejemplo, máquinas virtualizadas completas, lo
que hace un Data Center como VMware ESX y
ESXi, buscando un equivalente libre.
 Desarrollo de una interfaz WEB para el sistema
más especializado que un WEBmin y un
PXEsConfig disponibles para Linux.
 Desarrollo de escenarios, manuales de prácticas,
servidores especializados, etc.
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