树莓派超全系列教程文档--(58)通过网络启动树莓派

文章来源： http://raspberry.dns8844.cn/documentation

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网络启动您的 Raspberry Pi

您可以设置一个 DHCP/TFTP 服务器，以便从网络启动 Raspberry Pi 3 或 4。

说明假设您有一个现有的家庭网络，并且您想使用 Raspberry Pi 作为 服务器。您还需要一个额外的 Raspberry Pi 3 或 4 作为要启动的 客户端。只需要一个 SD 卡，因为客户端将在初始客户端配置后从服务器启动。

NOTE: 由于可用的网络设备和路由器种类繁多，我们无法保证网络启动适用于任何设备。我们收到报告称，如果您无法使网络启动正常工作，禁用网络上的 STP 帧可能会有所帮助。

配置网络启动客户端

Raspberry Pi 3 Model B

NOTE: 本节仅适用于 Raspberry Pi 3 Model B，因为 Raspberry Pi 3 Model B+ 在出厂时已启用网络启动。

在 Raspberry Pi 3 Model B 进行网络启动之前，需要从 SD 卡启动，并使用配置选项启用 USB 启动模式。这将在 Raspberry Pi SoC 中的 OTP（一次性可编程）内存中设置一个位，以启用网络启动。完成此操作后，如果无法从 SD 卡启动，Raspberry Pi 3B 将尝试从 USB 启动，并从网络启动。

以通常的方式在 SD 卡上安装 Raspberry Pi OS Lite 或带桌面的 Raspberry Pi OS。接下来，使用以下命令启用 USB 启动模式：

$ echo program_usb_boot_mode=1 | sudo tee -a /boot/firmware/config.txt

这会将 program_usb_boot_mode=1 添加到 /boot/firmware/config.txt 的末尾。使用 sudo reboot 重新启动 Raspberry Pi。客户端 Raspberry Pi 重新启动后，使用以下命令检查 OTP 是否已编程：

$ vcgencmd otp_dump | grep 17:
17:3020000a

确保输出 0x3020000a 正确。

客户端配置几乎完成。最后一步，禁用 USB 启动。运行以下命令：

$ sudo nano /boot/firmware/config.txt

删除包含文本 program_usb_boot_mode=1 的行。最后，使用 sudo poweroff 关闭客户端 Raspberry Pi。

Raspberry Pi 4 Model B

可以使用 raspi-config 工具在 Raspberry Pi 4 上启用网络启动。首先，按如下方式运行 raspi-config ：

$ sudo raspi-config

在 raspi-config 中，选择 Advanced Options ，然后选择 Boot Order ，再选择 Network Boot 。然后，您必须重新启动设备，以便将启动顺序的更改编程到引导加载程序 EEPROM 中。Raspberry Pi 重新启动后，请检查启动顺序现在是否为 0xf21 ：

$ vcgencmd bootloader_config

有关配置 Raspberry Pi 4 引导加载程序的更多详细信息，请参阅 Raspberry Pi 引导加载程序配置。

以太网 MAC 地址

在配置网络启动之前，请记下序列号和 MAC 地址，以便 TFTP/DHCP 服务器可以识别该板。

在 Raspberry Pi 4 和以后的旗舰产品上，MAC 地址是在制造时编程的，MAC 地址和序列号之间没有任何联系。MAC 地址和序列号都显示在引导加载程序 HDMI 诊断 屏幕上。

要查找以太网 MAC 地址，运行下面命令：

$ ethtool -P eth0

要查找序列号，运行下面命令：

$ grep Serial /proc/cpuinfo | cut -d ' ' -f 2 | cut -c 9-16

配置网络启动服务器

将 SD 卡插入服务器 Raspberry Pi，然后启动服务器。客户端 Raspberry Pi 需要一个根文件系统来启动：我们将使用服务器根文件系统的副本并将其放在 /nfs/client1 中：

$ sudo mkdir -p /nfs/client1
$ sudo apt install rsync
$ sudo rsync -xa --progress --exclude /nfs / /nfs/client1

通过 chrooting 到客户端文件系统中重新生成 SSH 主机密钥：

$ cd /nfs/client1
$ sudo mount --bind /dev dev
$ sudo mount --bind /sys sys
$ sudo mount --bind /proc proc
$ sudo chroot .
$ rm /etc/ssh/ssh_host_*
$ dpkg-reconfigure openssh-server
$ exit
$ sudo umount dev sys proc

查找本地网络的设置。您需要找到路由器（或网关）的地址，可以使用以下命令完成：

$ ip route | awk '/default/ {print $3}'

然后运行：

$ ip -4 addr show dev eth0 | grep inet

您应该看到类似下面的输出：

inet 10.42.0.211/24 brd 10.42.0.255 scope global eth0

第一个地址是您的服务器 Raspberry Pi 在网络上的 IP 地址，斜线后的部分是网络大小。您的 IP 地址很可能是 /24 。还请注意网络的 brd （广播）地址。记下上一个命令的输出，其中将包含 Raspberry Pi 的 IP 地址和网络的广播地址。

最后，记下您的 DNS 服务器的地址，该地址与您的网关相同。您可以使用以下命令找到它：

$ cat /etc/resolv.conf

通过 systemd 网络在您的服务器 Raspberry Pi 上配置静态网络地址，它充当网络处理程序和 DHCP 服务器。

为此，您需要创建一个 10-eth0.netdev 和一个 11-eth0.network ，如下所示：

$ sudo nano /etc/systemd/network/10-eth0.netdev

添加以下行：

[Match]
Name=eth0[Network]
DHCP=no

然后创建一个网络文件：

$ sudo nano /etc/systemd/network/11-eth0.network

添加以下内容：

[Match]
Name=eth0[Network]
Address=10.42.0.211/24
DNS=10.42.0.1[Route]
Gateway=10.42.0.1

此时，您还没有可用的 DNS，因此您需要将之前记下的服务器添加到 systemd/resolved.conf 。在此示例中，网关地址为 10.42.0.1。

$ sudo nano /etc/systemd/resolved.conf

取消注释 DNS 行并在那里添加 DNS IP 地址。此外，如果您有后备 DNS 服务器，也请在那里添加。

[Resolve]
DNS=10.42.0.1
#FallbackDNS=

启用 systemd-networkd ，然后重新启动以使更改生效：

$ sudo systemctl enable systemd-networkd
$ sudo reboot

现在启动 tcpdump ，以便您可以从客户端 Raspberry Pi 搜索 DHCP 数据包：

$ sudo apt install tcpdump dnsmasq
$ sudo systemctl enable dnsmasq
$ sudo tcpdump -i eth0 port bootpc

将客户端 Raspberry Pi 连接到您的网络并打开电源。检查客户端上的 LED 是否在大约 10 秒后亮起，然后您应该从客户端获得一个数据包’DHCP/BOOTP，请求来自…’

IP 0.0.0.0.bootpc > 255.255.255.255.bootps：BOOTP/DHCP，请求来自 b8:27:eb...

现在您需要修改 dnsmasq 配置以启用 DHCP 回复设备。按 CTRL + C 退出 tcpdump 程序，然后输入以下内容：

$ echo | sudo tee /etc/dnsmasq.conf
$ sudo nano /etc/dnsmasq.conf

然后将 dnsmasq.conf 的内容替换为：

# NOTE: 如果您希望网络上的系统使用 DNS 服务，请注释掉端口。
port=0
dhcp-range=10.42.0.255,proxy
log-dhcp
enable-tftp
tftp-root=/tftpboot
pxe-service=0,"Raspberry Pi Boot"

dhcp-range 行的第一个地址，使用您之前记下的广播地址。

现在创建一个 /tftpboot 目录：

$ sudo mkdir /tftpboot
$ sudo chmod 777 /tftpboot
$ sudo systemctl enable dnsmasq.service
$ sudo systemctl restart dnsmasq.service

现在监控 dnsmasq 日志：

$ journalctl -f

您应该看到类似以下内容：

raspberrypi dnsmasq-tftp[1903]: file /tftpboot/bootcode.bin not found

接下来，您需要将 boot 文件夹的内容复制到 /tftpboot 目录中。

首先，按 CTRL + C 退出监控状态。然后输入以下内容：

$ cp -r /boot/firmware/* /tftpboot

由于 tftp 位置已更改，请重新启动 dnsmasq ：

$ sudo systemctl restart dnsmasq

设置 NFS 根目录

这现在应该允许您的 Raspberry Pi 客户端尝试启动，直到它尝试加载根文件系统（它没有）。

此时，导出先前创建的 /nfs/client1 文件系统和 TFTP 启动文件夹。

$ sudo apt install nfs-kernel-server
$ echo "/nfs/client1 *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports
$ echo "/tftpboot *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports

重新启动 RPC-Bind 和 NFS 服务器，以便让它们检测新文件。

$ sudo systemctl enable rpcbind
$ sudo systemctl restart rpcbind
$ sudo systemctl enable nfs-kernel-server
$ sudo systemctl restart nfs-kernel-server

编辑 /tftpboot/cmdline.txt ，从 root= 开始，并将其替换为：

root=/dev/nfs nfsroot=10.42.0.211:/nfs/client1,vers=3 rw ip=dhcp rootwait

您应该将此处的IP地址替换为您记下的IP地址。还要删除以 init= 开头的命令行的任何部分。

最后，编辑 /nfs/client1/etc/fstab 并删除 /dev/mmcblk0p1 和 p2 行（应该只留下 proc ）。然后，将引导分区添加回：

$ echo "10.42.0.211:/tftpboot /boot/firmware/ nfs defaults,vers=3 0 0" | sudo tee -a /nfs/client1/etc/fstab

如果第一次尝试时没有启动，请继续尝试。树莓派可能需要一分钟左右的时间才能启动，所以要有耐心。

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