如何從硬件到防火墻建立一個家庭實驗室
了解一下用于構建自己的家庭實驗室的硬件和軟件方案。
你有想過創建一個家庭實驗室嗎？或許你想嘗試不同的技術，構建開發環境、亦或是建立自己的私有云。擁有一個家庭實驗室的理由很多，本教程旨在使入門變得更容易。
規劃家庭實驗室時，需要考慮三方面：硬件、軟件和維護。我們將在這里查看前兩方面，并在以后的文章中講述如何節省維護計算機實驗室的時間。
硬件
在考慮硬件需求時，首先要考慮如何使用實驗室以及你的預算、噪聲、空間和電力使用情況。
如果購買新硬件過于昂貴，請搜索當地的大學、廣告以及諸如 eBay 或 Craigslist 之類的網站，能獲取二手服務器的地方。它們通常很便宜，并且服務器級的硬件可以使用很多年。你將需要三類硬件：虛擬化服務器、存儲設備和路由器/防火墻。
虛擬化服務器
一個虛擬化服務器允許你去運行多個共享物理機資源的虛擬機，同時最大化利用和隔離資源。如果你弄壞了一臺虛擬機，無需重建整個服務器，只需虛擬一個好了。如果你想進行測試或嘗試某些操作而不損壞整個系統，僅需要新建一個虛擬機來運行即可。
在虛擬服務器中，需考慮兩個最重要的因素是 CPU 的核心數及其運行速度以及內存容量。如果沒有足夠的資源夠全部虛擬機共享，那么它們將被過度分配并試著獲取其他虛擬機的 CPU 的周期和內存。
因此，考慮一個多核 CPU 的平臺。你要確保 CPU 支持虛擬化指令（因特爾的 VT-x 指令集和 AMD 的 AMD-V 指令集）。能夠處理虛擬化的優質的消費級處理器有因特爾的 i5 或 i7 和 AMD 的 Ryzen 處理器。如果你考慮服務器級的硬件，那么因特爾的志強系列和 AMD 的 EPYC 都是不錯的選擇。內存可能很昂貴，尤其是最近的 DDR4 內存。當我們估計所需多少內存時，請為主機操作系統的內存至少分配 2 GB 的空間。
如果你擔心電費或噪聲，則諸如因特爾 NUC 設備之類的解決方案雖然外形小巧、功耗低、噪音低，但是卻以犧牲可擴展性為代價。
NAS
如果希望裝有硬盤驅動器的計算機存儲你的所有個人數據，電影，圖片等，并為虛擬化服務器提供存儲，則需要網絡附加存儲（NAS）。
在大多數情況下，你不太可能需要一顆強力的 CPU。實際上，許多商業 NAS 的解決方案使用低功耗的 ARM CPU。支持多個 SATA 硬盤的主板是必須的。如果你的主板沒有足夠的端口，請使用主機總線適配器（HBA）SAS 控制器添加額外的端口。
網絡性能對于 NAS 來說是至關重要的，因此最好選擇千兆網絡（或更快網絡）。
內存需求根據你的文件系統而有所不同。ZFS 是 NAS 上最受歡迎的文件系統之一，你需要更多內存才能使用諸如緩存或重復數據刪除之類的功能。糾錯碼（ECC）的內存是防止數據損壞的最佳選擇（但在購買前請確保你的主板支持）。最后但同樣重要的，不要忘記使用不間斷電源（UPS），因為斷電可能會使得數據出錯。
防火墻和路由器
你是否曾意識到，廉價的路由器/防火墻通常是保護你的家庭網絡不受外部環境影響的主要部分？這些路由器很少及時收到安全更新（如果有的話）。現在害怕了嗎？好吧，確實！
通常，你不需要一顆強大的 CPU 或是大量內存來構建你自己的路由器/防火墻，除非你需要高吞吐率或是執行 CPU 密集型任務，像是虛擬私有網絡服務器或是流量過濾。在這種情況下，你將需要一個支持 AES-NI 的多核 CPU。
你可能想要至少 2 個千兆或更快的以太網卡（NIC），這不是必需的，但我推薦使用一個管理型交換機來連接你自己的裝配的路由器，以創建 VLAN 來進一步隔離和保護你的網絡。
Home computer lab PfSense
軟件
在選擇完你的虛擬化服務器、NAS 和防火墻/路由器后，下一步是探索不同的操作系統和軟件，以最大程度地發揮其作用。盡管你可以使用 CentOS、Debian或 Ubuntu 之類的常規 Linux 發行版，但是與以下軟件相比，它們通常花費更多的時間進行配置和管理。
虛擬化軟件
KVM（基于內核的虛擬機）使你可以將 Linux 變成虛擬機監控程序，以便可以在同一臺機器中運行多個虛擬機。最好的是，KVM 作為 Linux 的一部分，它是許多企業和家庭用戶的首選。如果你愿意，可以安裝 libvirt 和 virt-manager 來管理你的虛擬化平臺。
Proxmox VE 是一個強大的企業級解決方案，并且是一個完全開源的虛擬化和容器平臺。它基于 Debian，使用 KVM 作為其虛擬機管理程序，并使用 LXC 作為容器。Proxmox 提供了強大的網頁界面、API，并且可以擴展到許多群集節點，這很有用，因為你永遠不知道何時實驗室容量不足。
oVirt（RHV）是另一種使用 KVM 作為虛擬機管理程序的企業級解決方案。不要因為它是企業級的，就意味著你不能在家中使用它。oVirt 提供了強大的網頁界面和 API，并且可以處理數百個節點（如果你運行那么多服務器，我可不想成為你的鄰居！）。oVirt 用于家庭實驗室的潛在問題是它需要一套最低限度的節點：你將需要一個外部存儲（例如 NAS）和至少兩個其他虛擬化節點（你可以只在一個節點上運行，但你會遇到環境維護方面的問題）。
網絡附加存儲軟件
FreeNAS 是最受歡迎的開源 NAS 發行版，它基于穩定的 FreeBSD 操作系統。它最強大的功能之一是支持 ZFS 文件系統，該文件系統提供了數據完整性檢查、快照、復制和多個級別的冗余（鏡像、條帶化鏡像和條帶化）。最重要的是，所有功能都通過功能強大且易于使用的網頁界面進行管理。在安裝 FreeNAS 之前，請檢查硬件是否支持，因為它不如基于 Linux 的發行版那么廣泛。
另一個流行的替代方法是基于 Linux 的 OpenMediaVault。它的主要功能之一是模塊化，帶有可擴展和添加特性的插件。它包括的功能包括基于網頁管理界面，CIFS、SFTP、NFS、iSCSI 等協議，以及卷管理，包括軟件 RAID、資源配額，訪問控制列表（ACL）和共享管理。由于它是基于 Linux 的，因此其具有廣泛的硬件支持。
防火墻/路由器軟件
pfSense 是基于 FreeBSD 的開源企業級路由器和防火墻發行版。它可以直接安裝在服務器上，甚至可以安裝在虛擬機中（以管理虛擬或物理網絡并節省空間）。它有許多功能，可以使用軟件包進行擴展。盡管它也有命令行訪問權限，但也可以完全使用網頁界面對其進行管理。它具有你所希望路由器和防火墻提供的所有功能，例如 DHCP 和 DNS，以及更高級的功能，例如入侵檢測（IDS）和入侵防御（IPS）系統。你可以偵聽多個不同接口或使用 VLAN 的網絡，并且只需鼠標點擊幾下即可創建安全的服務器。pfSense 使用 pf，這是一種有狀態的數據包篩選器，它是為 OpenBSD 操作系統開發的，使用類似 IPFilter 的語法。許多公司和組織都有使用 pfSense。
考慮到所有的信息，是時候動手開始建立你的實驗室了。在之后的文章中，我將介紹運行家庭實驗室的第三方面：自動化進行部署和維護。
