PXE Legacy/UEFI Boot – Langsame Datenübertragung

Wenn Sie eine PXE-Umgebung eingerichtet haben, kann es unter Umständen passieren, dass die Datenübertragung sehr lange dauert je nach verwendetem Netzwerklayout. Ich habe Ihnen daher ein paar einfache Beispielgrafiken erstellt, die sowohl ein schlechtes Netzwerklayout zeigen, als auch ein Gutes. Es muss aber nicht immer direkt an den Hardwaregegebenheiten liegen, denn auch die einzelnen Serverdienste oder gar die Konfiguration selbst könnten der Grund dafür sein.

Sprungmarken:

• Hardware Gründe
• TFTP Server/Client-Einstellungen
• NIC (Network-Interface-Card) PXE-Firmware fehlerhaft
• Sonstige Gründe

Schlechtes Netzwerklayout (Server ist via WLAN mit dem Netz verbunden)

Randnotiz

Warum habe ich die PCs (Clients) nicht mittels WLAN mit dem Router verbunden?

Gerade die Generation “Faul” (Nicht böse gemeint) verlegt doch keine Kabel mehr im privaten Haushalt.

Weil wir hier über den PXE-Boot reden.

Haben Sie mal versucht über PXE mittels einer WLAN Schnittstelle zu booten?

Scheinbar noch nicht, denn dann wüssten Sie, dass dies bei den meisten WLAN Karten nicht möglich ist. Technisch gesehen wäre das machbar, die Hersteller sehen sich jedoch nicht in der Pflicht das auch anzubieten. Der Client kann also nur über Kabel einen PXE Boot vollziehen. Merken Sie sich das, denn das könnten Sie nochmal brauchen.

Zur Grafik

WLAN an sich ist natürlich für gewisse Verwendungszwecke ausreichend und auch genügend. Beispielsweise für den normalen Handy/Tablet/IPad Gebrauch oder dem ganz normalen surfen. Wenn sie jedoch große Datenmengen damit übertragen wollen (Live-Backups von PCs, große private Videos oder sonstige große Dateien) oder Ihren Server mit WLAN anbinden, wird das gewaltige Nachteile mit sich bringen. Privat habe ich selbst alles verkabelt (Mit Serverschrank), was ich verkabeln konnte. Nur noch das Handy oder ähnliche Geräte nutzen das WLAN-Netz. Geht halt nicht anders 😀

Sie müssen sich immer stets vor Augen halten, dass Ihr Netz nur so schnell sein kann wie sein langsamstes Glied in der Kette! Wenn wir also jetzt davon ausgehen, dass der Router 1 Gbit Ethernet Anschlüsse hat, die Clients ebenso, der Router aber mit WLAN mit dem Server kommuniziert, dann wäre das Ihr Flaschenhals.

Sie werden jetzt vielleicht sagen, dass es ja mittlerweile auch den WLAN AC Modus mit 1,3 Gbit/s gibt (Hohle Werbephrasen). Das mag sein, in der Praxis jedoch können Sie froh sein, wenn Sie die Hälfte der maximal möglichen Datenübertragung (max 162,5 MB/s) erreichen. Meistens erreichen Sie nicht einmal das! Ein weiterer Punkt ist natürlich die geringe Reichweite, die ein 5 GHZ Frequenzband mit sich bringt. Nach wenigen Metern ist das Netz nämlich nicht mal mehr schneller als ein gutes altes WLAN N Netz mit 300 Mbit/s und deutlich höherer Reichweite.

Zudem wird das Problem durch umso mehr Störquellen wie andere WLAN Netze, zu viele Teilnehmer oder aber metallische Gegenstände in der Nähe (Betonwände mit viel Eisen) nur umso schlimmer. Die maximal mögliche Geschwindigkeit würde also immer weiter in den Keller sinken. Gerade wenn Sie in der Stadt wohnen, werden Sie etliche andere WLAN Netze in Ihrer Umgebung vorfinden. Daher sollten Sie es mit allen Mitteln vermeiden, Server mittels WLAN an Ihr Netz anzubinden. Es ist auch so ziemlich egal, welche Dienste/Serverprozesse auf diesem Server laufen. Sie müssen auch daran denken, dass Sie eine wesentlich höhere Latenz haben und WLAN auch sicherheitsbedenklich ist.

Wenn Sie beispielsweise Ihren Router anpingen (ping IP-Adresse):

und sie (Ihr Rechner) mit dem Router mittels Kabel verbunden sind, dann werden Sie eine Latenz von 0-1 Millisekunden haben. Das ist in kabelgebundenen Netzwerken normal. Wenn Sie den selben Test allerdings mit einer WLAN-Verbindung vollziehen, werden Sie erstens feststellen, dass die Antwortzeit um ein vielfaches höher ist (50 ms+) und zweitens diese auch schwankt! Gerade die Spieler unter Euch werden wissen, das WLAN + Online Multiplayer + First Person Shooter sich nicht sonderlich gut verträgt, jedenfalls nicht, wenn man wirklich was reißen will. Wenn Sie jedoch ein Opfer oder Kanonenfutter sein wollen, ja dann taugt WLAN allerdings doch etwas. 😀

Ich habe natürlich ein sehr einfaches Netzwerksetup gewählt, das wohl auch in den meisten Haushalten so vorherrscht. Manche haben vielleicht noch diverse Switches irgendwo eingebunden, da man mehr Clients als Anschlüsse am Router hat, aber im Großen und Ganzen habe ich das Problem des Flaschenhalses deutlich beschrieben.

Gutes Netzwerklayout (Server und Clients sind kabelgebunden)

In guten Umgebungen sollten die Server und die Clients mittels eines kabelgebundenen Netzwerkes kommunizieren.

Flaschenhals durch 100Mbit Switch

Bedenken Sie aber auch hier, dass sonstige Geräte wie ein sogenanntes Switch, auch 1 Gbit beherrschen sollte, da Sie sich sonst wieder einen Flaschenhals schaffen wie auf dem Bild zu sehen ist. Sollte Ihr Switch nur 100 Mbit/s pro Port können und dieses als Verteilerstation mit allen anderen Geräten nutzen (Eine Stern-Topologie), dann kann jeder Client und Server nur noch mit mageren 12,5 MB/s Daten senden oder empfangen selbst wenn diese 1 Gbit/s könnten. Das wäre also äußerst kontraproduktiv.

Clients müssen nicht immer 1 Gbit unterstützen, denn wenn Sie jetzt mal an Multifunktionsdrucker oder sonstige moderne Geräte denken, dann ist dies nicht immer erforderlich. Ein 1 Gbit Anschluss am Drucker wäre beispielsweise wohl “etwas” überdimensioniert. Auch ein Fernseher mit 1 Gbit Anschluss ist noch recht selten, da dies meistens keinen Sinn macht. Denn solche Fernseher bieten Ihnen zwar die Möglichkeit an im Internet zu surfen oder gar Streamingdienste zu nutzen, aber wenn Ihre gebuchte Internetverbindung kleiner als 100 Mbit ist, würde dieser Anschluss am Fernseher sowieso keinen Sinn machen. Und da in “Internet-Neuland Deutschland” nur sehr wenige Personen überhaupt in den Genuss einer 1 Gbit Internetverbindung kommen, sehen sich die Hersteller solcher Geräte auch nicht in der Verantwortung etwas daran zu ändern. Und selbst 4K Videos sprengen nicht die 100 Mbit Verbindung.  60 Mbit/s ist die maximal größtmögliche Datenrate im H.264 Video Codec. Da ist also noch deutlich Luft nach oben 😀

Kompromisslösung

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten alles miteinander zu verbinden. Die Sicherheitsfanatiker werden alles verkabeln und alles andere verbannen. Ich hätte in der Grafik natürlich auch die beiden Switches miteinander verbinden können, ja, natürlich. Da aber die wenigsten Lust auf Löcher bohren und Kabelziehen haben, habe ich Ihnen die zweitbeste Lösung dargelegt. Ich möchte Ihnen aber wirklich nahelegen, das WLAN nicht das Heilmittel für all Ihre Probleme ist, sondern dies nur im äußersten Notfall benutzt werden sollte. WLAN ist mit heutiger Technik relativ schnell geknackt. Es handelt sich schließlich um Funk. Den kann jeder abhören, ja auch die Personen, für die der Datenverkehr nicht bestimmt ist. Wenn Sie also über mehrere Etagen gehen müssen, dann nehmen Sie besser DLAN dafür, da dieses auch verschlüsselt werden kann und zudem der Datenstrom nicht so einfach mitgelesen werden kann, da dies physikalisch schon nicht so einfach wäre. Und dafür müsste man sich schon an Ihrem Stromkasten zu schaffen machen. Die Übertragungsraten bei DLAN sind bei weitem auch stabiler, als bei einer WLAN Verbindung. Sie erreichen je nach Modell ca. 600 Mbit/s. Mit WLAN können Sie solche Datenraten vergessen. Auch wenn die Hersteller immer etwas anderes behaupten 🙂 Das ist wie mit den Angaben des Spritverbrauchs von Autos der Automobilindustrie. Getestet unter extrem beschönigten und manipulierten Szenarien: Demontierte Spiegel, abgeklebte Tür-Ritzen, ausgebaute Sitze usw. Ich persönlich nenne das gefälschte und somit frisierte Ergebnisse. Andere würden sagen: “Betrug”. So ähnlich verhält sich das bei den Geschwindigkeitsangaben von WLAN Geräten.

Ansonsten ist es ratsam, das WLAN Netz von Ihrem physischen Netz abzuschotten.

TFTP Server/Client- Einstellungen

Es muss nicht immer an dem Netzwerk selbst liegen warum Datenübertragungen relativ langsam vonstatten gehen. Teilweise ist das auch den Protokollen geschuldet oder den verwendeten Diensten. Gerade in PXE-Umgebungen verwenden wir natürlich einen TFTP-Server (Trivial-File-Transport-Protocol). Dieser ist wie der Name schon andeutet, recht einfach gehalten. Die Illusion Daten mittels des TFTP Servers in maximal möglicher Geschwindigkeit zu übertragen sollten sie schnell wieder vergessen, denn das ist nicht möglich. Meistens ist es sogar so, dass sie solche Daten mit 4 MB/s abrufen, wenn Sie keine Modifikationen tätigen.

Die Faustregel lautet: Wenn der Client, Angaben zu Datentransfereinstellungen mitliefert, haben diese eine höhere Priorität als die TFTP-Server-Einstellungen.

Wenn sie beispielsweise eine BCD-Datei erstellen, dann würden folgende Angaben die Geschwindigkeit deutlich anheben:

bcdedit -store C:\BCD -set {ramdiskoptions} ramdisktftpblocksize 1024
bcdedit -store C:\BCD -set {ramdiskoptions} ramdisktftpwindowsize 16
bcdedit -store C:\BCD -set {ramdiskoptions} ramdisktftpvarwindow Yes 

Testen Sie es einfach selbst. Durch die stetige Verdopplung der Blocksize können Sie dies weiter verbessern. Maximal könnten Sie 65536‬ setzen. Ob das allerdings empfehlenswert ist, ist eine andere Frage, denn auf manchen Systemen bricht eventuell dann des Öfteren die Verbindung ab. Ich persönlich nutze als Wert 16384. Das hat bis jetzt noch jeder Client in meinem Netz vertragen, egal ob im BIOS oder UEFI Modus. Die Standard Blocksize bei vielen TFTP-Servern ist in der Voreinstellung 512 KB.

Werte größer als 16384 zeigten zudem einen gegenteiligen Effekt. Diese waren zwar immer noch schnell, aber trotzdem nahm die Zeit wieder zu.

Der beste Kompromiss scheint also der Blocksize-Wert 16384 zu sein.

Die Werte schwanken jedoch immer ein bisschen. Im Test waren die Ergebnisse auf UEFI Clients auch immer einen Tick langsamer. Trotzdem war dies noch schnell genug.

Sie können Ihre Umgebung jedoch soweit modifizieren, dass eine Nutzung der maximal möglichen Geschwindigkeit möglich wird.  Ich habe dies in diesem Artikel schon verdeutlicht:

https://www.german-syslinux-blog.de/syslinux-6-04-pxe-lightweight-ip-http-ftp-support-einrichten/

Durch die Verwendung eines HTTP, FTP, SMB oder NFS Servers werden die Barrieren durchbrochen.

PXE-BootROM fehlerhaft

Auf manchen Rechnern ist das PXE-BootROM fehlerhaft was dann dazu führt das die Verbindung sehr langsam oder instabil ist. In solchen Fällen ist der erste Versuch ein simples Firmwareupdate des EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory – BIOS Chip) durchzuführen der einfachste Weg um das Problem zu lösen. Generell sollten Sie aber unbedingt prüfen, ob das bei mehreren Rechnern der Fall ist oder nicht. Sollte das Problem generell bestehen, liegt es eventuell doch an der Konfiguration oder Server selbst.

Sonstige Gründe für eine langsame Datenübertragung

1. Prüfen Sie ob Bandbreitenbeschränkungen eingetragen sind und heben Sie diese für diesen Dienst auf oder heben Sie die Werte an.
2. Auch Ihr eventuell vorhandenes Managed-Switch könnte bestimmten Traffic priorisieren was dann zu ihrem Problem führt.
3. Prüfen Sie außerdem die TFTP-Logs auf verdächtige Einträge wie Fehler. Das Log ist manchmal sehr aussagekräftig. Daher immer prüfen!
4. Der Klassiker ist natürlich ein 100 Mbit Switch als Verteiler in einer sonst 1 Gbit Umgebung zu nutzen.
5. Aktualisieren Sie Ihren TFTP-Server auf die neueste Version.

Tipps zum Starten von Netzwerkinstallationen

Sie sollten es um alles in der Welt vermeiden komplette Installationsimages in einer PXE Umgebung zu laden. Sinnvoller wäre ein Vor-Installationsimage (Win-PE) um dann darüber Windows zu installieren.Die Installation über ein Win-PE Image läuft über SMB (Server Message Block) ab und nicht über TFTP! Das ist nicht immer so und das hängt auch davon ab wie Sie das alles eingerichtet haben. Ein WinPE Image ist nach Anzahl der eingebundenen Treiber und Paketen unterschiedlich groß. Im Schnitt belaufen sich diese auf ca. 200-500 MB. Diese haben sie natürlich schneller geladen, als das 4 GB Windows Image 🙂