Installation réseau

J'ai entièrement câblé le rez-de-chaussée de la maison avec du réseau filaire en catégorie 5e, marre du wifi qui se coupe dès que le voisin met en route le four à micro-onde ! Par contre, il faut percer les murs pour passer les câbles :@.

Les pièces de la maison sont équipées comme suit :

  • Cuisine : 1×100 Mbit/s
  • Atelier : 1×100 Mbit/s
  • Bureau : 2 prises murales, desservis par 2 câbles Ethernet ⇒ 1 Gbit/s + 2×100 Mbit/s
  • Salon : 1 prises mural avec 2×100 Mbit/s
  • Jardin : 1×100 Mbit/s avec POE passif
Keystone vue de face

J'ai installé plusieurs prises murale double répartie dans le rez-de-chaussée pour brancher soit de l'Ethernet et du téléphone, soit du 2×100 Mbit/s comme expliqué ci dessous :

Prise murale

2 paires sur 4 utilisées

En 100 Mbit/s, seules 2 des 4 paires d'un câble Ethernet sont utilisées. Par le biais d'un petit adaptateur DIY, il est alors possible d'utiliser les 2 paires restantes pour faire passer soit un 2e 100 Mbit/s, du téléphone ou du courant pour alimenter un appareil comme pour le POE.

Le câblage d'une prise normal (T568A) est le suivant :

Broche Paire Rôle Couleur
1 3 TX+ Vert blanc rayé
2 3 TX- Vert
3 2 RX+ Orange blanc rayé
4 1 Bleu
5 1 Bleu blanc rayé
6 2 RX- Orange
7 4 Marron blanc rayé
8 4 Marron
Brochage d'une prise RJ45

Brochage d'une prise RJ45

Seules les paires 2 et 3 sont utilisées, les 2 autres sont alors exploitables en fabriquant un manuellement un Y : d'un côté une prise avec les 8 fils et de l'autre, 2 prises avec chacune 4 fils. Le câblage consiste à brocher la prise n°1 “normalement” avec les 2 paires habituelles : vert + orange et la prise n°2 en utilisant les fils bleu + marron en les mettant à la même place que les fils verts et oranges.

Broche
prise 1
Broche
prise 2
Paire Rôle
prise 1
Rôle
prise 2
Couleur
1 3 TX+
2 3 TX-
3 2 RX+
1 1 TX+
2 1 TX-
6 2 RX-
3 4 RX+
6 4 RX-

Un dessin vaut mieux qu'un long discours :

Schéma de câblage du splitter RJ45

J'ai fabriqué 2 câbles sur ce procédé. Avec un peu de dextérité et de patience, le résultat final ressemble à cela :

câble en Y fait main

Remplissage de colle

Je remplis de colle la prise une fois sertie pour augmenter sa solidité et éviter que les câbles ne se cassent au cours des manipulations.

Tous les câbles arrivent dans le garage au niveau d'une baie de brassage de 12 ports équipée en modules Keystone. La face avant présente les prises femelles et l'arrière reçoit les arrivées de câbles.

Vue de face
Vue de dos

Dimensions : L 25.4cm, H 4.4 cm, P 8.5cm.

Les keystone sont des prises femelles à brancher en bout de câble. Différents connecteurs sont disponibles : USB, HDMI, coaxiale, RJ11, RJ45…

J'ai choisi des modules RJ45 blindés compatibles catégorie 6. Le module est clipsé fermement sur la baie.

Keystone vue de face
Keystone vue arrière
Keystone ouvert

Le câblage est facile, l'ordre des fils est dessiné sur l'arrière du module et ressemble à cela :

câble d'un keystone RJ45 catégorie 6

J'ai également utilisé des keystones RJ45 femelle de chaque coté, cela permet de d'utiliser directement des câbles existant sans devoir les recouper :

Keystone RJ45 femelle

Cette baie permet de dispatcher les différentes pièces de la maison entre les équipements actifs :

  • box: 4 ports 1 Gbit/s
  • switch Netgear GS108 v3: 8 ports 1 Gbit/s

Pour améliorer les performances des transferts réseau, j'ai cherché à augmenter la taille du MTU sur le lien Gb entre Popeye et Olive. Toutes les cartes réseaux ne se supportent les “jumbos frames” de 9k. La carte Gb de Popeye ne permet pas de dépasser une taille de paquet de plus 3500 octets. Côté Olive, le maximum est au dela de 9000 octets. Par contre, le switch Netgear ne semble pas être capable de dépasser 3000 octets. Pour que les échanges fonctionnent, il faut choisir la plus grande valeur commune, soit 3000 octets.

Tous les matériels ne sont pas compatibles avec ce type de configuration, j'ai choisi de limiter son utilisation à un seul lien réseau. Dans un soucis de compatibilité, j'ai laissé le MTU à la valeur standard : 1500 octets. Les switchs ne permettent pas de ré-encapsuler les paquets pour changer leurs tailles, c'est le travail d'un routeur. J'ai donc configuré Popeye pour qu'il assure ce rôle : c'est le seul équipement avec une interface réseau dans chaque mode et en mesure d'opérer cette transformation.

Pour sortir sur internet, la box délivre un réseau en 192.168.0.0/12, Popeye est alors configuré ce sur plan IP : il possède 2 adresses IP sur l'interface 100 Mbit/s. Il est en plus configuré en NAT vis à vis de la box.

Toujours dans un souci de compatibilité mais tout en bénéficiant d'un maximum de débit, j'ai également équipé olive d'une 2e carte réseau Gbit/s pour connecter d'éventuels ordinateurs sur le lien Gbit/s avec un MTU standard. J'ai activé l'IP forwarding pour relier les 2 cartes ensembles. Par chance, comme le MTU est différent, le noyau recompose les paquets pour les adapter à la bonne taille.

Finalement, la configuration réseau est de la forme suivante :

  • wifi : 10.0.3.0/24
  • filaire 100 Mbit/s : 10.0.0.0/24 + 192.168.12.0/24
  • filaire 1 Gbit/s mtu 3000 : 10.0.1.0/24
  • filaire 1 Gbit/s mtu 1500 : 10.0.2.0/24

Configuration de Popeye :

ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 16436 qdisc noqueue state UNKNOWN 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
2: eth1: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.12.253/24 brd 192.168.12.255 scope global eth1
    inet 10.0.0.1/24 brd 10.0.0.255 scope global eth1:0
3: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 3000 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether yy:yy:yy:yy:yy:yy brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.1.1/24 brd 10.0.1.255 scope global eth0
4: wlan0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
    link/ether zz:zz:zz:zz:zz:zz brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.3.1/24 brd 10.0.3.255 scope global wlan0
9: mon.wlan0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UNKNOWN qlen 1000
    link/ieee802.11/radiotap zz:zz:zz:zz:zz:zz brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

Configuration d'Olive :

ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 3000 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether xx:xx:xx:xx:xx:xx brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.1.2/24 brd 10.0.1.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever
3: eth1: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
    link/ether yy:yy:yy:yy:yy:yy brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.0.2.2/24 brd 10.0.2.255 scope global eth1
       valid_lft forever preferred_lft forever

Un relais DHCP est installé sur Olive afin de transmettre les requêtes DHCP émanant de la 2e carte réseau à dnsmasq installé sur Popeye.

Vue d'ensemble

Voici l'ensemble monté avec la baie de brassage au dessus du switch :

Baie de brassage et switch

Au premier plan se trouve l'injecteur POE utilisé pour la webcam, entre les prises 6 et 9+10 est branché le câble en Y pour le double réseau. Le switch Gbit/s est suspendu juste en dessous de la baie pour faciliter les branchements. J'ai également fabriqué des câbles de 10 cm de long pour éclaircir la jungle. Très pratique =).

Voici un plan du réseau mis en place :

plan réseau

Les liens vert sont en Gbit/s, les noirs en 100 Mbit/s par le biais soit de double câbles ou d'injection POE passive.

Matériel divers

Pour relier 2 câbles ensemble, j'utilise des connecteurs RJ 45 femelle ↔ femelle.

Rallonge RJ45
Rallonge RJ45

Un câble Ethernet est composé de 4 paires; en 100 Mbits, seul 2 sur les 4 sont utilisées. Ainsi, de nombreuses bidouilles sont alors possibles : PoE, double Ethernet

Pour mettre en place du PoE, plusieurs solutions existent sur le marché mais elles nécessitent des injecteurs : ce sont des appareils qui font circulé du 48 V continu sur les paires non utilisées. Il faut également un régulateur de tension de l'autre coté du câble pour ajuster la tension aux pré-requis de l'appareil connecté. Ce type de matériel est plutôt honéreux et est majoritairement utilisé en entreprise pour alimenter les postes téléphonique ou caméra IP de surveillance. Une alternative consiste à utiliser des injecteurs passifs plus simple et moins cher pour lesquels l'alimentation de 48V est remplacée par un bloc secteur de son choix.

Connecteur PoE passif

L'injecteur est composé d'un port Ethernet femelle et d'une prise jack de 2.1 mm femelle. En branchant dessus un bloc secteur de 12 V, l'injecteur relie les fils 7 et 8 du câble Ethernet au pôle positif de cette alimentation et les 4 et 5 à la masse. De l'autre du câble Ethernet, l'extracteur est composé d'une prise Ethernet mâle et d'une prise jack 2.1 mâle. Ce 2e adaptateur sépare les conducteurs relié à l'alimentation vers le connecteur jack et ceux de la donnée vers la prise Ethernet. Ainsi l'appareil en bout de ligne s'utilise comme s'il était branché directement sur le bloc secteur et reçoit la donnée normalement. Néanmoins, il faut faire attention à la chute de tension se produisant sur un cable de grande longueur avec une section aussi petite (voir calcul ci-dessous). De plus, la tension n'étant pas de 48 V, ce système n'est pas compatible avec les appareils utilisant le PoE “standard”.

Il faut faire attention à ne pas brancher le câble de transport directement sur un ordinateur sans passer pas un adaptateur au risque de griller la carte réseau.

La première mise en oeuvre de cette technique de POE fut pour mettre le NSLU2 dans le jardin à 15 m du serveur.

La chute de tension en courant continu dans un câble éléctrique se calcule avec les formules suivantes :

  • loi d'Ohm : $U= R*I$
    • avec U la tension exprimée en Volt (V), R la résistance en Ohm (Ω), I l'intensité en Ampère (A)
  • résistance d'un câble : $R=\frac{ρ*L}{S}$
    • avec R la résistance du câble, ρ la résistivité en Ω/m, L longueur du câble aller / retour, S section du câble
  • la section d'un câble à partir de son diamètre est le calcul d'une aire d'un cercle : $S=π*r^2$
    • avec S aire du cercle, r rayon du cercle.

Avec un câble Ethernet de catégorie 5e, nous avons :

La section du câble est de : $$S=π*(\frac{D}{2})^2 \approx0.327\,mm^2$$

La résistance du conducteur est de : $$R=\frac{ρ*L}{S} \Rightarrow \frac{17 * 10^{-9} * 30}{0.327 * 10^{-6}}\approx1.56\,Ω$$

Le NSLU2 est donné pour consommer environ 5 W, soit 1 Ampère avec son alimentation de 5 V. La chute de tension est donc : $1.56*1=1.56\,V$. En l'alimentant directement avec son transformateur à l'extrémité du câble, il ne recevra que $5-1.56=3.44\,V$, il ne fonctionne pas avec si peu de courant. La phase de boot étant la plus gourmande, au final, il ne démarre même pas. De plus, avec une section aussi petite et un courant aussi important, le cable mettra pas longtemps à fondre… :hot:

Pour pallier à ce problème, il faut mettre une tension plus importante en entrée, le courant sera plus faible et donc il y aura moins de perte. Je me suis branché directement sur le 12 V de l'alimentation de Popeye.

La puissance de 5 W sous 12 V requiert 0.625 A. En reprenant le calcul ci dessus, nous obtenons une chute de tension de : $1.56*0.625\approx0.98\,V$. Donc en bout de câble, nous avons $12-0.98=11.2\,V$. Le 12 V d'une alimentation de PC n'est pas la tension la mieux régulée, cela peut être 12.2 V ou 11.8 V. Le cas le plus défavorable nous donne donc : 10.82 V. Ceci est bien supérieur à la tension nominale du NSLU2.

Pour abaisser la tension à 5 V, le composant le plus commun à utiliser est le LM7805 : c'est un régulateur linéaire de tension à tension variable d'entrée. Le schéma de câblage est simple et nécessite que 2 condensateurs.

LM7805
Schéma de câblage du LM7805

Le défaut majeur de ce composant est qu'il converti la chute de tension demandée en chaleur et donc il peut beaucoup chauffer.

Le cas le plus défavorable est lorsque l'alimentation du PC sort 12.2V soit une chute de tension à ces bornes de : $12.2-0.98-5 = 6.22 V$. La dissipation en chaleur est $P=U*I$ ce qui donne $6.22*0.625\approx3.9\,W$.

Il faut impérativement installer un dissipateur thermique sur le LM7805 et celui ci sera tout de même bouillant :hot:.

De nombreux autres montages existent, les régulateurs de tension à découpage sont également communs. Plutôt que d'appliquer une résistance variable comme le LM7805, ils hachent le courant avec une fréquence de 150 kHz environ en faisant varier la taille des créneaux haut et bas puis la re-linéarisent afin que la tension moyenne de sortie soit stable. Cela est beaucoup plus efficace que la solution précédente. De nombreux montages tout prêt sont disponibles sur les sites de ventes aux enchères en ligne à un coût dérisoire.

Régulateur LM2596

Ainsi, en mettant ce régulateur en bout de câble entre l'adaptateur POE et le NSLU2, je peux alors l'alimenter en 5V.

  • realisations/reseau.txt
  • Dernière modification: 2024/02/13 22:31
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