OPNsense-Upgrade
In desem Beitrag möchten wir dir zeigen, wie du drei wichtige Hardware-Upgrades an deiner OPNsense durchführen kannst, um die Leistung und Zuverlässigkeit deiner Firewall zu verbessern. Unser Firewall Modell ist das Desisio DEC3850 mit 16GB DDR4 und 256 GB SSD.
Unser erstes Upgrade beinhaltet das Hinzufügen eines PCIe-Slots, um deine Firewall mit zusätzlicher Hardware auszustatten. Durch dieses Upgrade kannst du beispielsweise eine Netzwerkkarte installieren, um die Netzwerkbandbreite zu erhöhen, oder eine NVMe-SSD einbauen, um die Geschwindigkeit der Festplattenzugriffe zu verbessern.
Das zweite Upgrade betrifft die Stromversorgung deiner Firewall. Durch das Hinzufügen eines redundanten Netzteils kannst du sicherstellen, dass deine Firewall auch im Falle eines Netzteilausfalls weiterhin funktioniert und deine Netzwerkverbindung aufrechterhält.
Das dritte Upgrtde behandelt das hinzufügen einer weiteren SSD. Hierdurch kann die Festplatte im RAID 1 Betrieben werden welches Hardware ausfall und Lesegeschwindigkeiten erhörht.
In dieser Anleitung werden wir gemeinsam Schritt für Schritt durch die Upgrades gehen. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Upgrades bestimmte Fähigkeiten und Kenntnisse erfordern, insbesondere in Bezug auf die Handhabung von Hardware. Wir empfehlen dir daher, diese Anleitung nur auszuführen, wenn du dich mit der Arbeit an Computern und Hardware vertraut fühlst. Darüberhinaus ist empfehlens wert Elektische Kenntnisse zu haben.
Die Hardware
Upgrade PCIe Slot
Hier erfährst du Schritt-für-Schritt, wie der PCIe Slot an das Mainboard gelötet wird. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das Löten von Hardware-Komponenten spezifische Kenntnisse und Fähigkeiten erfordert. Wenn du nicht über ausreichende Erfahrung und Kenntnisse in diesem Bereich verfügst, empfehlen wir dringend, einen erfahrenen Techniker hinzuzuziehen oder diesen Schritt auszulassen.
Schritt 1: Vorbereitung
Bevor du mit dem Löten des PCIe-Slots beginnst, solltest du sicherstellen, dass du alle notwendigen Werkzeuge und Ausrüstungen zur Hand hast. Dazu gehören ein Lötkolben, Lötzinn, eine Lötpistole, eine Pinzette und gegebenenfalls eine Lupe oder Vergrößerungshilfe.
Bauteile:
https://www.mouser.de/ProductDetail/Amphenol-FCI/10146027-A40110LF?qs=rrS6PyfT74c8ZXtVBgtVWQ%3D%3D Amphenol FCI 10146027-A40110LF
Schritt 2: Vorbereitung des Mainboards
Als nächstes musst du das Mainboard auf die Lötarbeiten vorbereiten. Stelle sicher, dass das Mainboard sauber und trocken ist, und entferne gegebenenfalls andere Komponenten, die im Weg sein könnten. Darüberhinaus kann mit KaptonTape die umliegenden Komponenten geschützt werden.
Schritt 3: Vorbereitung des PCIe-Slots
Als nächstes musst du den PCIe-Slot vorbereiten. Reinige den Steckplatz gründlich mit einer Bürste (Zahnbürste mit Isopropanohl) und einem antistatischen Tuch, um Staub und Schmutz zu entfernen.
Schritt 4: Einsetzen des PCIe-Slots
Jetzt ist es an der Zeit, den PCIe-Slot in das Mainboard einzusetzen. Platziere den Slot seitlich an dem Steckplatz, und achte darauf, dass er bündig und fest sitzt. Wenn nötig, kannst du eine Vergrößerungshilfe verwenden, um sicherzustellen, dass der Slot korrekt positioniert ist.
Schritt 5: Löten des PCIe-Slots
Nachdem der PCIe-Slot auf dem Mainboard befestigt ist, solltest du sicherstellen, dass ausreichend Lötflux an den Lötpunkten vorhanden ist. Dies erleichtert das Löten und hilft dabei, dass sich das Lötzinn gut mit den Pinne und dem Mainboard verbindet.
Wenn du bereit bist zu löten, drücke leicht mit der Lötkolbenspitze auf einen Pin und warte, bis das vorhandene Lötzinn mit dem Pin verschmilzt. Wiederhole diesen Schritt für jeden Pin, bis alle miteinander verlötet sind. Achte darauf, dass du bei der Verlötung der Rückseite des PCIe-Slots genauso vorgehst, um sicherzustellen, dass alle Pinne eine gute Verbindung haben.
Schritt 6: Überprüfung
Wenn du mit dem Löten fertig bist, solltest du das Mainboard auf mögliche Kurzschlüsse überprüfen. Überprüfe auch, ob der PCIe-Slot richtig sitzt und ob alle Lötpunkte eine gute Verbindung haben. Sobald du erkennst das zwei Pinne miteinander verbunden sind versuche dieß mit der Lötpistole abzusuagen.
Wichtig: Technische Fähigkeiten!
Es ist wichtig zu beachten, dass das Löten von Hardware-Komponenten spezifische Fähigkeiten und Erfahrungen erfordert. Wenn du nicht über ausreichende Erfahrung und Kenntnisse in diesem Bereich verfügst, solltest du das Löten einem erfahrenen Techniker überlassen.
Upgrade SSD
Hier wird erklärt, wie du eine weitere M.2 SSD in die Firewall einbaust. Und hiernach ein ZFS Raid erstellst.
Schritt 1 Überprüfen:
Überprüfung der Kompatibilität Bevor du eine weitere M.2 SSD einbaust, solltest du sicherstellen, dass die Firewall die neue SSD unterstützt und kompatibel ist. Überprüfe welche SSD in der Firewall eingebaut ist, um sicherzustellen, dass du eine SSD mit der passenden Größe und Schnittstelle kaufst.
In unserer Firewall ist diese M2 Verbaut: TS256GMTS952T2 BICS4 256GB
Wichtig: In dem Prozess konnten wir feststellen, dass die TS256GMTS952T2 eine SATA M.2 SSD ist. Leider konnten wir nicht zwei TS256GMTS952T2 verbauen, da die beiden M2 Slots sich die PCIe Laines Teilen. Demnach kann keine zweite SATA M.2 SSD Verbaut werden. Deshalb haben wir die ursprüngliche TS256GMTS952T2 + eine Samsung PCIe M2 Verbaut.
Schritt 2 Vorbereitung:
Ausschalten der Firewall bevor du mit dem Einbau der neuen M.2 SSD beginnst, solltest du die Firewall vollständig ausschalten und vom Stromnetz trennen. Es ist wichtig, dass du während des Einbaus keine elektrische Verbindung hast.
Schritt 3 Einbau:
Einsetzen der neuen M.2-SSD Setze die neue M.2-SSD in den Steckplatz ein, indem du die Kerben auf der SSD mit den Kerben im Steckplatz ausrichtest. Achte darauf, dass die SSD bündig am Steckplatz anliegt.
Schritt 4 Neuinstallation mit Raid 1
Erstelle vorher ein Backup nach dieser Anleitung: https://docs.opnsense.org/manual/backups.html
Achte beim nächstenschritt darauf das du ZFS auswählst: (Install (ZFS))
Installiere die Firewall nach dieser Anleitung neu: https://www.thomas-krenn.com/de/wiki/OPNsense_installieren
Upgrade Netzteil Redundanz
In diesem Schritt beschreiben wir den Prozess des Upgraden auf ein Redundantes Netzteil. Um diesen Schritt zu erledigen mussten wir nicht nur einfach ein zweites Netzteil kaufen und einbauen, sondern mussten wir ein Redundanz Controller bauen welcher die Redundanz Steuert. Dieser Controller kümmert sich grundsätzlich im den Ernstfall das ein Netzteil ausfällt, denn dieser würde in dem fall das eine Netzteil ausschalten und das noch funktionierende einschalten.
Design 1
In unserem ersten Design verwendeten wir den hochverfügbaren Controller TPS2456 von Texas Instruments sowie Dual-N-Kanal-MOSFETs von Vishay. Durch diese Kombination konnten wir die folgenden Funktionen realisieren:
- Unabhängige Strombegrenzung (Independent Current Limit)
- Unabhängige Schnellabschaltung (Independent FastTrip)
- Stromüberwachungsausgang (Current Monitor Output)
- Betriebsbereitschaftsanzeige (Power Good Output)
- Fehlerausgang (Fault Output)
Zusätzlich bietet der TPS2456-Chip noch einige weitere Vorteile, wie beispielsweise:
- Geringer Ruhestromverbrauch
- Hohe Effizienz bei unterschiedlichen Lastbedingungen
- Schutzmechanismen wie Überstrom-, Überspannungs- und Übertemperaturschutz
- Einstellbare Strombegrenzung und Schnellabschaltungsschwelle
- Einfache Integration in verschiedene Schaltungsdesigns
Probleme mit diesem Design
Leider gibt es ein grundlegendes Designproblem bei den MOSFETs in unserem Entwurf. Die Pads (Footprints) der MOSFETs im Bereich der Leistungselemente wurden zu dicht beieinander platziert. Infolgedessen kam es zu Kurzschlüssen zwischen den Pads, die zu elektrischen Ausfällen der MOSFETs führten.
Dieser Fehler wurde nach einem 20-minütigen Dauertest mithilfe einer elektronischen Last von Siglent, dem SDL1020X-E, identifiziert. Mit diesem Gerät konnten wir die Leistungsfähigkeit und die Funktionen dieser Platine umfassend überprüfen.
Verbesserungen für die nächste Designiteration:
Um die Funktionsfähigkeit der Platine in späteren Verlauf zu gewährleisten, müssen einige kleinere und größere Probleme im Design der nächsten Platine berücksichtigt werden.
- Ersetzen des MOSFETs: Da wir zu nah am Leistungslimit der aktuellen MOSFETs waren, ist es notwendig, einen anderen MOSFET für die Leistungsschaltung einzusetzen. Wir werden das Dual N-Kanal-MOSFET durch zwei einzelne N-Kanal-MOSFETs ersetzen.
- Verbesserte Kühlung: Um die MOSFETs besser zu kühlen, werden wir Kühlvias um diese Bauteile realisieren.
- Überarbeitung des Interfaces: Die Interface-Bauteile der Platine werden verändert und auf einer Stack-Up-Platine zusammen mit einem kleinen USB-Mikrocontroller platziert.
- Kommunikation mit dem Mainboard: Der Mikrocontroller soll in der Lage sein, mit dem Mainboard der OPNsense zu kommunizieren und Informationen über den Zustand des Netzteils auszutauschen. Dadurch kann eine E-Mail-Benachrichtigung bei bestimmten Ereignissen ermöglicht werden.
