Montando un aula de informática a bajo costo con clientes delgados

1. Introducción al trabajo realizado en la Escuela
Nuestra Señora de la Asunción
28 de junio de 2010
El trabajo realizado consiste en la implementación de Thin-Clients
sobre sistemas GNU/Linux (particularmente sobre la distribución
Debian) utilizando Tcos.
Índice
1. Introducción a los Clientes Ligeros 3
1.1. ¾Como Funciona? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Arranque Dual Tcos-Windows 3
3. Tcos 3
3.1. Tcos-Monitor: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.1.1. Acciones disponibles para todos los equipos: . . . . . . . . 4
3.1.2. Aclaraciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2. TcosCong . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.1. Boot por NFS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3.2.2. Boot por PXE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.3. Boot por CDrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.2.4. Diskette Etherboot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.3. Tcos-Congurator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.4. Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3.4.1. Ventajas Sobre la implementación y mantenimiento . . . 7
3.4.2. Ventajas prácticas para los Docentes . . . . . . . . . . . . 8
3.5. Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.5.1. Problemas de la centralización . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.5.2. Sobrecarga en la Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
4. Equipos independientes 8
4.1. Integración con el resto de los equipos . . . . . . . . . . . . . . . 8
4.1.1. Autenticación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
4.1.2. Centralización de archivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
5. Filtrado de Contenidos 9
5.1. Filtrando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
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2. 6. Gnu/Linux Debian y Aplicaciones 9
6.1. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.1.1. Aplicaciones Educacionales . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.2. Usuarios y Grupos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
6.2.1. Creación y administraciòn de usuarios y grupos . . . . . . 11
6.3. Limitando el espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
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3. 1. Introducción a los Clientes Ligeros
Los clientes Ligeros no son algo nuevo, esto viene de la época de los
viejos Mainframes (década del 70-80) donde comprar un puesto de
trabajo por empleado de las empresas era demasiado costoso, por lo
cual muchos terminales bobos solo mostraban los resultados que
entregaba el servidor, haciendo de pantalla, este tipo de implementa-
ciones se fue dejando de lado con el abaratamiento de los equipos de
mayor poder, llegando a nuestros dias donde es algo prácticamente
olvidado.
1.1. ¾Como Funciona?
El sistema en si puede sonar bastante raro, pero podríamos decir
que para que esto funcione, los clientes ligeros o bobos no son ya tan
bobos, los mismos tienen que ser capaz de correr un sistema base y
la interfaz gráca, una particularidad de los sistemas tipo Unix (co-
mo Gnu/Linux o Mac OSX) es que pueden mostrar una aplicaciones
en una pantalla de otro equipo directamente sin necesitar algun pro-
grama en el medio (como VNC o escritorio remoto en Microsoft
Windows), permitiéndonos entonces hacer que esa vieja computado-
ra funcione para mostrar las aplicaciones que ejecuta el servidor (la
maquina potente) y pudiendo así usar cualquier aplicación moderna
sin mayores problemas, un tema que tiende a preocupar es la carga en
el servidor, pero eso en realidad no es un tema de demasiada preocu-
pacion ya que las Computadoras modernas tienen mucho mas poder
del que necesitamos normalmente, pudiendose utilizar en un PC de
gama media con 4gb de ram unos 20 clientes sin notar ninguna demo-
ra en los mismos, no teniendo así que actualizar todos los equipos sino
solamente un servidor de precio moderado (sin tener que entrar en
grandes computadoras IBM o HP).
2. Arranque Dual Tcos-Windows
En los puestos de trabajo se instalo el cargador de arranque Grub,
para asi poder elegir en el inicio del pc si se desea arrancar con el
sistema Tcos o con el antiguo sistema Windows que fue mantenido,
todas las pc's poseen una particion no visible desde windows donde
estan almacenadas las imagenes para el boot de Tcos
3. Tcos
Tcos es un sistema para la implementación y control de clientes
ligeros, el mismo esta orientado a funcionar sobre distribuciones basadas
en Debian, este nos brinda una lista de utilidades que nos permite la
sencilla administración y conguración de los puestos de trabajo, las
cuales describiremos a continuación.
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4. 3.1. Tcos-Monitor:
Tcos monitor nos brinda la interfaz para el control de los puestos de
trabajo, desde el mismo podemos realizar una serie de acciones para
controlar los puestos conectados, el mismo dispone de dos formas de
control basicamente, las acciones para todos los equipos y las acciones
para un equipo independiente.
3.1.1. Acciones disponibles para todos los equipos:
Estas son las acciones disponibles para ser realizadas en todos los
equipos de forma conjunta, a las mismas se accede desde el botón
Todos y tendra efecto en todos los equipos conectados en ese mo-
mento.
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5. Bloquear todas las pantallas : Tcos tiene la capacidad de bloquear las pan-
tallas de los equipos conectados , cuando de Tcos-Monitor bloquea las
pantallas de todos los equipos, los usuarios quedan inhabilitados para re-
alizar cualquier acción, y solamente el profesor puede desbloquear esto,
impidiendo asi que se utilicen los equipos con cualquier proposito.
Desconectar todos los clientes : Cierra todas las sesiones iniciadas en los
terminales, esto quiere decir que volverán a la pantalla inicial, cuando
recién encienden el equipos, esperando la entrada de usuario y contraseña.
Reiniciar/Apagar todos los clientes : reinicia o apaga los terminales, tam
como el mismo título lo dice, si bien hay que tener en cuenta que solo
los equipos ATX con soporte acpi se apagaran de forma automática, en
el resto quedará en la terminal un mensaje de power-o indicando que ya
esta preparado para ser apagado.
Entrar en modo demostración : Todos los alumnos verán lo que se realiza
en la pc del profesor sin poder realizar ninguna acción hasta que el profesor
detenga este modo, ya que el mismo inutiliza el acceso por teclado y mouse,
cuando se ingresa en este modo hay que tener en cuenta que puede haber
una pequeña demora entre que el profesor realice la acción y la misma se
vea reejada en todas las pantallas, por lo cual se deberían realizar las
acciones con calma.
Capturar todas las pantallas : Muestra una imagen de lo que está haciendo
cada alumno en ese momento, las mismas son literalmente una captura de
5

6. pantalla de las pc's, la cual lugo se envia al servidor para que el profesor
pueda visualizarlas, es un metodo útil para ir controlando en intervalos de
tiempo el trabajo de los alumnos e implica una menor carga a la red que
el modo VNC.
Ejecutar la misma aplicación : abre un programa determinado en todos los
trerminales, por lo cual no es necesaria la intervencion del alumno y el
profesor puede forzar que se ejecute determinado programa, cabe destacar
que al realizar esta accion pueden experimentarse ciertas demoras ya que
los procesos son siempre ejecutados en el servidor.
Enviar un mensaje de texto : Envía un mensaje a todos los terminales,
presentando una pantalla que no desaparecerá hasta que el alumno pre-
sione el botón aceptar de la misma, resulta útil para presentar comandos
o lineas particulares difícil o incómodas de dictar.
Bloquear/Desbloquear internet : Como lo dice habilita o no el envío de
datos a través de internet, impidiendo así cualquier tipo de navegación.
Enviar Archivos : Permite que el profesor envíe archivos a los alumnos, útil
para el uso de plantillas o ejemplos de documentos.
3.1.2. Aclaraciones
Todas estas acciones estan tambien disponibles para un solo equipo,
incluyendo en este caso el poder tomar control sobre ese equipo a
través de VNC, cabe destacar que también a través de Tcos-Monitor
podremos saber en que equipo esta conectado cada usuario y cercio-
rarnos que no intercambien sus sesiones.
Otra aclaración fundamental es que el estado de los equipos no se
actualiza automaticamente, por lo cual el profesor deberá presionar
el botón refrescar de forma periódica.
3.2. TcosCong
TcosCong nos brinda de un conjunto de herramientas destinado
a armar las imágenes para arrancar los clientes livianos, asi también
como las características que habilitaremos en los mismos, este puede
crear distintos tipos de imágenes, desde boot por cdrom hasta imá-
genes para arranque por NFS, para crear estas imágenes podremos
recurrir a las plantillas predeterminadas para los distintos tipos de
clientes.
3.2.1. Boot por NFS
El boot por NFS que crea TcosCong es una imagen minima acom-
pañada de un chroot el cual se exportara al cliente como sistema raíz,
sobre el cual se ejecutará todo lo necesario como cliente dhcp, servi-
dor X, etc permitiéndonos así no tener que cargar esto mismo en un
ramdisk y ahorrándonos cerca de 25MB de ram.
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7. 3.2.2. Boot por PXE
El sistema de boot por PXE es el mas moderno de los estilos
de arranque por red, para utilizar este método necesitamos que el
ordenador lo soporte, pudiendo así setear que en el inicio del mismo
le solicite al servidor una imagen de arranque, este tipo de imagen
al igual que el cdrom no utiliza un servidor de archivos en red, sino
que crea su sistema raíz en un disco ram, por lo cual se recomienda
al menos 96 mb de ram para poder tener un sistema con la mayoría
del soporte activado (USB, Sonido, etc). Cabe aclarar que desde el
menú de entrada al sistema que se envia por PXE podremos optar
por bootear de forma NFS.
3.2.3. Boot por CDrom
En este tipo de imagen se creara un .iso el cual podremos guardar
en un cd para arrancar las computadoras desde ahí, este método
es quizás el menos recomendado ya que los cd's y compacteras se
deterioran mas rápidamente que un disco rígido, en el cd podremos
incluir tanto las imágenes de estilo PXE (donde crea el raíz en un
ramdisk) así como el estilo NFS (donde el raíz lo monta por este
sistema desde el servidor).
3.2.4. Diskette Etherboot
Este método es quizás el menos utilizado y lo que permite es ar-
rancar terminales que no soportan PXE a través de la red con el uso
de un diskette, hoy en dia por el tamaño de las imágenes de kernel y
el soporte normalmente incluído este método se vuelve difícil de usar
en sistemas completos y también por el motivo del abandono en el
1
uso de diskettes de 3 2 es complejo mantener tanto los diskettes como
las disketeras en correcto funcionamiento.
3.3. Tcos-Congurator
Tcos Congurator es una pequeña utilidad gráca que nos permite
hacer de forma simple ciertas conguraciones necesarias en el equipo
servidor para la puesta en marcha de Tcos, estas conguraciones son
las relacionadas al servidor DHCP, Gestor de entrada y creación de
hosts, no se entrará en mas detalle sobre el mismo dado que son
conguraciones de sistema automatizadas que por las características
de esta implementación no fueron utilizadas.
3.4. Ventajas
3.4.1. Ventajas Sobre la implementación y mantenimiento
La ventaja mas notoria sobre la implementación y mantenimien-
to sea quizas el hecho de que las aplicaciones se ejecutan sobre un
servidor central, facilitando asi la actualizacion e instalación de apli-
caciones, dado que con sólo instalarlas en el servidor automáticamente
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8. estarán disponibles para todos los clientes-ligeros que éste sostenga,
también cabe destacar la posibilidad de recuperar equipos consider-
ados obsoletos y casi inútiles para el dictado normal de clases con las
aplicaciones modernas ya que con cualquier Pc Pentium/K5 o poste-
rior con al menos 48MB de ram es suciente para la implementación.
3.4.2. Ventajas prácticas para los Docentes
Otra de las grandes ventajas es la independencia de los alumnos
sobre los equipos en sí, ya que sin importar en que equipo se sienten
al iniciar sesión con su usuario asignado tendrán a disposición todo
el trabajo y archivos realizados, sin tener que preocuparse asi por
donde se sientan los alumnos, ademas de bindarles también un control
absoluto gracias a Tcos-Monitor, asi como el hecho de que al estar
todos los archivos de los alumnos en el servidor el profesor podra
revisarlos cuando quiera sin tener que recorrer los equipos.
3.5. Desventajas
3.5.1. Problemas de la centralización
Asi como la centralización nos brinda varias ventajas también tiene
sus problemas , quizás el principal de éstos sea que en caso de fallo
del servidor los clientes quedan inutilizables, por lo cual se recomien-
da una pc de gama media-alta o mejor para la implementación del
mismo, generando en algunos casos un costo inicial relativamente al-
to (aunque siempre inferior al tener que cambiar todas las pc's del
laboratorio).
3.5.2. Sobrecarga en la Red
Otro de los problemas comunes es la sobrecarga en la red, dado
que todos los clientes ejecutan todo en el servidor esto genera un alto
tráco de red necesitando asi una buena estructura lo cual en muchos
casos también implica un costo alto inicial, dado que los switchs de
gama baja como Encore o NogaNet normalmente no llegan a dar el
desmpeño necesario generando asi una sensación de lentitud gener-
al en los equipos que aumenta de forma dramática al agregar mas
equipos.
4. Equipos independientes
5 de los equipos utilizados son de caracteristicas idénticas al servidor
de aplicación, por lo tanto los mismos se instalaron en solitario para
no agregar carga inecesaria al servidor.
4.1. Integración con el resto de los equipos
Estos equipos tambien poseen la distribución debian junto con
las aplicaciones que se encuentran el el servidor de aplicación, en
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9. los mismos se instalo ademas el programa Tcos-Standalone, el cual
permite la integración de los mismos con TcosMonitor, perminitiendo
que estos tambien puedan ser controlados de la misma forma que los
clientes ligeros.
4.1.1. Autenticación
Estos equipos al estar instalados de forma independiente no poseen
por defecto los usuarios creados en el servidor, para solventar este
problema existen varias opciones, una es la cual implementaremos a
futuro donde el servidor se encarga de validar a los usuarios, pero
dado los equipos este método fue descartado, dado que los servidores
de autenticación (como Ldap) usan bases sensibles a los posibles
fallos de energía o sobrecargas del sistema, dando lugar así a posibles
problemas, por lo que se optó por agregar un conjunto de scripts que
permite que al iniciar los equipos los mismos sincronicen los usuarios
con el servidor.
4.1.2. Centralización de archivos
Para mantener la centralización de archivos se utilizó un servidor
NFS (Network File System) poniendo a disposición de la red el di-
rectorio /home que es en el donde quedan guardados los archivos
de usuarios, por lo que al iniciar los equipos independientes traen ese
directorio para usarlo como /home, lo cual si bien agrega un poco
de carga a la red la misma no es realmente relevante y permite man-
tener la independencia de usuarios sobre los equipos a pesar de ser
los mismos autónomos por sí solos.
5. Filtrado de Contenidos
Se instaló un sistema provisional para el ltrado de contenidos, el
cual utiliza un servidor dns y bloquea las consultas.
5.1. Filtrando
El servidor posee un servidor DNS que es el encargado de resolver
las direcciones que piden todos los equipos (ejemplo google.com o
facebook.com) , en este mismo se agregaron conguraciones para l-
trar a modo de prueba algunos sitios indeseados y redirigiendo las
consultas a una pagina que muestra un mensaje personalizado, una
vez creada la lista de sitios a bloquear se combinara con openDNS
que ofrece un servicio similar incluyendo sitios pornogracos.
6. Gnu/Linux Debian y Aplicaciones
Gnu/Linux es un sistema operativo, la distribución Debian fue la
elegida para este trabajo por su probada estabilidad y por la gran
cantidad de software a disposición de forma simple de instalar, el
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10. mismo presenta algunas diferencias con los sistemas operativos de
Microsoft (Windows *) y puede al principio parecer dicultoso con-
tinuar la labor diaria sin dicultad.
6.1. Aplicaciones
La gran mayoría de las aplicaciones comunmente utilizadas en Ms
Windows tiene un remplazo equivalente en los sistemas GNU/Linux y
en su gran mayoria su uso es bastante similar, por lo cual la adaptación
no debería tomar mas de 1 semana para aplicaciones comunes como
Omática, la suite de Omática que se a instalado es la Suite OpenOf-
ce, la cual también esta disponible para sistemas Microsoft Windows
y posee todas las funcionalidades de éste, incluyendo la posibilidad
de guardar y abrir los documentos en formatos de éste último.
Otras aplicaciones a tener en cuenta son Firefox (o IceWeasel) co-
mo navegador Web, Gimp para la manipulación de imágenes a nivel
profesional-semiprofesional e Inkscape para diseño profesional Vec-
torial, todas estas aplicaciones tienen una calidad mas que probada
y una curva de aprendizaje baja, asi que en general no se deberían
presentar grandes problemas, cabe destacar que estas aplicaciones
son Aplicaciones Libres, lo que implica que cualquier alumno podría
descargarlos en su casa sin incurrir en ningun acto de dudosa legali-
dad, o el mismo profesor podria grabar un cd con estas aplicaciones
para que las instalen en sus hogares.
6.1.1. Aplicaciones Educacionales
En este sistema también hay a disposición una gran cantidad de
programas educacionales, orientados a casi cualquier rango de edad,
desde aplicaciones para chicos pequeños (como ser la suite Gcompris)
hasta aplicaciones para el trazado de funciones o polinomios como
KmPlot, todas estas aplicaciones se iran instalando a medidad que
los profesores lo requieran, también existen otros sistemas para el
dictado de clases y para la integración de la informática en otras
materias como ser Geografía, Matemáticas, Historia, etc.
6.2. Usuarios y Grupos
En los sitemas GNU/Linux existe un sistema de permisos bien
delimitado, lo que implica que se pueden manejar múltiples grupos y
usuarios, asignando los mismos a distintos grupos.
Un usuario creado en un grupos puntual tendra acceso para leer
los documentos que el resto de los usuarios en ese grupo generen,
pero por defecto no podrá modicarlos ni borrarlos, los usuarios en
distintos grupos directamente no podrán acceder a los documentos
de otros usuarios, permitiéndonos así impedir que se copien archivos
entre ellos.
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11. De forma teórica la cantidad de usuarios y grupos es ilimitada, por
lo que se podrían tener grupos por profesores y cada alumno poseer
su propio usuario, esto proporcionaría un absoluto control sobre los
documentos del mismo, ya que ningún otro alumno podría usar esa
cuenta, eliminando asi los problemas de borrado de archivos.
6.2.1. Creación y administraciòn de usuarios y grupos
Cuando un nuevo usuario sea creado también se creara un directo-
rio HOME para el mismo, el mismo se encontrará en /home/usuario
donde usuario representa el nombre del nuevo usuario creado, tam-
bién al momento de la creación del usuario se podra asignar el grupo
al que pertenecerá, asi como también los grupos complementarios,
que en nuestro caso debera ser el grupo fuse que es el que se utiliza
para el sistema Tcos.
Para crear un nuevo usuario deberemos acceder a Sistema ⇒Administración
⇒Usuarios y Grupos como muestra la siguiente gura.
Al acceder a usuarios y grupos veremos una imagen similar a la
siguiente, la cual muestra los usuarios y su grupo principal, permi-
tiendonos también agregar nuevos usuarios o modicar los ya exis-
tentes.
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12. Al añadir un nuevo usuario se nos pedirá que llenemos ciertos
campos, como ser Nombre de usuario y la contraseña a setear, tam-
bién podremos poner el nombre real, ya que en el campo Nombre de
usuario no puede haber separaciones ni mayusculas, una vez realiza-
do esto deberemos ir a la solapa Avanzado y setear manualmente
el grupo principal , a continuación se dejan dos imágenes mostrando
esto.
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13. Desde el primer menú también podremos eliminar los usuarios que
ya no sean necesario simplemente seleccionando el mismo y presion-
ando el botón borrar.
Para modicar los grupos deberemos seleccionar en la primer ven-
tana el boton Gestionar Grupos, el cual nos permitirá ver los grupos
creados así como tambien añadir grupos y asignar los usuarios que
deberán formar parte del mismo como grupo complementario, a con-
tinuación se dejan imágenes de referencia.
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14. 6.3. Limitando el espacio
Una caracteristica bastante interesante es la posibilidad de asignar
un espacio máximo que cada alumno podrá usar, con esto podremos
asegurarnos que nunca ocupen mas espacio del que les asignamos y
evitar que llenen el disco con pavadas que pudieran descargar de in-
ternet o similar, las implementaciones de cuotas de disco no disponen
de herramientas grácas, por lo cual el procedimiento debe hacerse a
través de consola con el usuario root el cual es el administrador de
sistema, no obstante para implementaciones como ser en este caso es
una buena opción a tener en cuenta, siempre habiendo evaluado ante-
riormente el espacio necesario por alumno para no establecer limites
que luego no alcancen con las necesidades de los mismos.
Dentro de las cuotas de disco se podrán especicar dos límites, uno
en el cual se le notique al usuario que excedió su limite y otro donde
el usuario ya no pueda directamente crear nuevos archivos hasta no
liberar espacio, al llegar al primer limite se entrará en un período
(normalmente 7 dias) donde se le pedirá que elimine archivos para
liberar espacio, pasados los 7 dias ya no podrá crear directamente
archivos, en el segundo caso, sea o no dentro de los 7 dias el alumno
tendra que forzadamente eliminar archivos para poder seguir traba-
jando.
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