KVM удлинители по витой паре

В данной статье мы сделаем обзор технологии KVM удлинителей, рассмотрим основные моменты для выбора подходящего KVM, определим какую роль KVM играет в различных сферах применения, главные варианты соединений между удлинителями, а также поговорим про средства передачи данных между ними.

Что из себя представляет KVM удлинитель?
Это удлинитель клавиатуры, видео и мыши (KVM), позволяющий пользователям работать на компьютере дистанционно. Стандартно KVM идут в паре – приемник и передатчик. Передатчик устанавливается на компьютер и захватывает все периферийные сигналы, такие как USB для клавиатуры и мыши, звук и видео. Далее эти сигналы передаются на удаленное рабочее место, где у пользователя стоит монитор, клавиатура и мышь, подключенные к KVM приемнику. Плюс данной системы в том, что KVM удлинители работают на дистанциях намного больших, чем стандартные кабеля HDMI, DisplayPort и USB – в любом диапазоне от 5 метров и до десятков километров.

Зачем нужен KVM?
Удлинитель KVM полезен когда необходимо управлять компьютером дистанционно – по разным причинам. Основные из них: комфорт пользователя и безопасность, централизация охранного оборудования и простота обслуживания, улучшение условий совместной работы.
– Эргономика рабочего пространства.
Если сервер разместить в отдельном помещении, то весь гул, жар останется в серверной, а на рабочем месте появится дополнительно свободное пространство и лучшие условия работы. Данное решение особенно актуально, если пользователю необходимо работать на нескольких компьютерах.
– Централизация активов и охраны
Собранное в одном помещении оборудование проще обслуживать и охранять. Серверные помещения имеют специальный температурный режим, защищены от пыли и вызывающих коррозию элементов, таких как соль и влажность, не говоря уже про ограничение неавторизованного доступа.
– Многопользовательский доступ и совместная работа
KVM удлинители и коммутаторы позволяют нескольким пользователям работать на одном компьютере с различных локаций (в одном или разных зданиях). А также выводить рабочий стол на общую видеостену для визуализации информации при командной работе и принятии решений.

Кто использует KVM?
Промышленные центры управления, военные командные центры, управление аэропортами и транспортными узлами, чрезвычайные центры, пост-продакшн, телевидение, образование, здравоохранение, и это далеко не все.

Как работает KVM удлинитель?
KVM состоит из приемника и передатчика, расположенных соответственно в клиентском и серверном помещениях и соединённых либо по кабелю витой пары, либо по оптическому волокну.
Передатчик захватывает входные/выходные сигналы с компьютера – аудио, видео, USB, а некоторые – RS232 и инфракрасные сигналы. Далее KVM кодирует сигнал с помощью проприетарного или интернет протокола и передает на приемник, который декодирует сигнал и питает периферийные устройства. В случае с IP KVM, информация передается сетевыми пакетами через стандартную сетевую инфраструктуру.

Управление KVM сигналами
KVM удлинители могут работать как устройства точка-точка, когда один приемник связан с одним передатчиком, либо как сложная система KVM матриц, когда несколько систем могут быть доступны и управляться с различных мест.
Точка-точка
В таких конфигурациях KVM передатчик напрямую связан с приемником проводным соединением, при чем приемник может быть связан только с одним передатчиком.
При комбинации с KVM коммутатором, KVM удлинитель может позволить управлять несколькими системами с одного рабочего места.
Многоточечное подключение
Более комплексное решение для управления и маршрутизации KVM сигналов достигается путем объединения KVM удлинителей и матричных коммутаторов, что в итоге позволяет управлять несколькими системами с различных удаленных рабочих мест.
Такие решения часто разрабатываются на базе проприетарных протоколов передачи данных между конечными точками. Это значит что приемники, передатчики и матричные коммутаторы разных производителей не будут совместимы друг с другом. В то же время новейшие IP KVM позволяют использовать подобные конфигурации методом замены проприетарного коммутатора на стандартный сетевой.
KVM по IP
IP KVM устройства используют интернет протокол для передачи данных из точки А в точку Б, конвертируя для этого сигнал в пакеты и передавая через стандартные сетевые коммутаторы. Это дает лучшую масштабируемость, чем традиционные решения с удлинителями KVM.
Благодаря такой замене коммутаторов сильно снижается стоимость таких систем, при повышении их масштабируемости, а с помощью программного обеспечения для управления KVM сигналами можно легко настроить их маршрутизацию. Это снижает расходы и улучшает стандартизацию, поскольку позволяет максимально задействовать общую транспортную среду, которая уже используется в инфраструктуре. Еще одним преимуществом является масштабируемость. Сети по природе являются масштабируемыми. С решениями IP KVM никто больше не ограничен по фиксированному количеству портов, доступных на матричном коммутаторе – пользователи могут легко масштабироваться, добавляя больше систем и удаленных пользовательских станций, и, как следствие, легко расширить сеть KVM.

Как выбрать правильный KVM удлинитель?
Узнать требования видео, USB и аудио
Как правило, спецификации KVM устройств должны максимально соответствовать требованиям периферийных устройств, к которым необходимы доступ на расстоянии, например дисплеев, клавиатуры, мыши и других USB или аудио устройств.
Ранее аналоговые модели KVM удлинителей поддерживали аналоговые видео сигналы VGA, из-за чего дистанция передачи и разрешения были ограничены. Цифровые KVM работают на интерфейсах HDMI, DVI и DisplayPort, что позволяет преодолеть эти ограничения.
DisplayPort и HDMI – самые популярные стандарты подключения видеосигнала для графических карт в профессиональных рабочих станциях к дисплеям. Они поддерживают максимальное разрешение, необходимую полосу пропускания и обеспечивают защиту контента HDCP. HDCP это аппаратное шифрование, которое позволяет защитить цифровые данные от неавторизованного копирования.
Разрешение изображения – это количество пикселей по вертикали и горизонтали, которое может отобразить монитор. Чем выше разрешение, тем яснее и чётче изображение. Последнее время стандартом сферы становится 4K UHD разрешение 3840х2160. То есть необходимо проверять, поддерживает ли KVM удлинитель те же разрешения, что мониторы и система.
Исходя из данных в таблице ниже, для передачи 4К 60Гц необходим KVM удлинитель с интерфейсом DisplayPort 1.2 (или выше) или HDMI 2.0 (или выше). Но если мы говорим про разрешение меньше 2560 x 1600, то тут требования ниже – подойдет DisplayPort 1.1 или HDMI 1.2. При необходимости можно использовать адаптер для конвертации HDMI в DisplayPort или DVI, и обратно.

Дополнительным фактором выбора может стать количество передаваемых видео сигналов, что очень актуально, например для систем с несколькими рабочими дисплеями. Некоторые KVM удлинители могут передавать до 4 видео сигналов по одному кабелю оптического волокна либо витой пары CATx, снижая при этом стоимость инфраструктуры.

USB и периферия
KVM удлинители могут передавать сигнал различных USB устройств. Помимо основных клавиатуры и мыши, это и аудио устройства, флеш-накопители, жесткие и твердотельные диски, ключи защиты и пр.
USB устройства попадают в три категории:
USB HID устройства (для взаимодействия с человеком) – мышь, клавиатура, сенсорный экран, джойстик. Обычно требуют низкой пропускной способности – до 1,5Мбит/сек.
USB 2.0 – USB флеш-накопители, карты общего доступа (CAC), звуковые устройства, видеокамеры. Скорость передачи максимум до 480Мбит/сек.
USB 3.0 – жесткие диски, твердотельные и USB флеш-накопители. Максимальная скорость передачи до 800Мбит/сек.

Устройства UBB 2.0 и 3.0 дальше делятся по типу передачи данных:
Массовая передача – без потери данных. Могут использоваться большие полосы пропускания за счет использования всей полосы пропускания, но без гарантированной минимальной пропускной способности. Это сенсорные экраны, жесткие диски, твердотельные и USB флеш-накопители.
Изохронная передача – использует гарантированную фиксированную пропускную способность для надёжной передачи звука и видео. Обычно это аудиоплееры и видеокамеры.

Проверка поддержки звуковых устройств
Зачастую KVM удлинители имеют разъемы для подключения и аналоговых, и цифровых устройств. Линейные входные разъемы могут использоваться для подключения усиленного аналогового аудиосигнала, например с аудиомикшера, а разъемы 3,5мм jack – для неусиленного аудио сигнала, например микрофона или наушников. USB порты с изохронной передачей данных позволяют также подключать цифровые аудиоустройства или USB гарнитуры. Оба типа видеоразъемов – DisplayPort и HDMI – передают цифровой встроенный звук от системы к монитору.

Потребности инфраструктуры
Когда все требования по сигналам удовлетворены, далее необходимо учесть инфраструктурные требования – дистанцию передачи, типы поддерживаемых кабелей для этой дистанции, подходит ли текущая инфраструктура или нужно прокладывать новый кабель.
Определить среду передачи: расстояние и пропускная способность
KVM удлинители могут передавать сигнал по оптоволоконному кабелю или по витой паре CATx, при этом тип кабеля определяет полосу пропускания и покрываемое расстояние.
CATx – эти кабели состоят из медных жил, завитых с разным шагом витка – по четыре пары в одном кабеле – две для отправки данных, две для приема. Именно этот кабель используется для локальных сетей LAN и Gigabit Ethernet (GigE или GbE). Стандартно кабели CAT5e поддерживают максимальную дистанцию передачи до 100м при подключении точка-точка. А KVM при передаче через IP позволяют покрыть намного большие дистанции благодаря прохождению сигнала через последовательность роутеров и коммутаторов.

Fiber optic – эти кабели состоят из тонких волокон оптически чистого стекла, несущее цифровую информацию в виде светового излучения, в отличии от электрических сигналов, используемых в Ethernet, что делает их невосприимчивыми к электромагнитным помехам (EMI). Оптоволоконные кабели также обеспечивают квантовый скачок поддерживаемого расстояния по сравнению с CATx в режиме «точка-точка» – например, оптоволоконные кабели SFP могут покрыть расстояние до 80 километров.

Детальнее в нашей статье “Теория и практика оптоволоконных решений от AJA”

Различные способы передачи имеют ограничения пропускной способности и высокое разрешение видеосигналов неизменно требует более высокой пропускной способности. В то время как кабели CAT5e обеспечивают необходимую пропускную способность для передачи несжатого видео 1080p60, разрешения выше чем 1080p60 будут невозможны, поскольку они требуют большей пропускной способности, чем могут обеспечивать такие кабели. Например, есжатое видео с разрешением 4K UHD (2160p60) требуется более 12 Гбит/с пропускной способности, тогда как максимальная, поддерживаемая кабелями CATx, составляет всего 10 Гбит/с. Решением этой проблемы являются KVM удлинители, которые используют некоторый уровень сжатия, чтобы уменьшить размер данных в соответствии с доступной пропускной способности. Альтернативой использованию сжатия является задействование нескольких кабелей или выбор KVM удлинителей с более высокой пропускной способностью, что может увеличить стоимость такого решения.

Еще несколько важных деталей
Ниже приведены другие моменты касаемо KVM удлинителей, которые могут быть приняты во внимание в зависимости от рабочих требований.

Производительность
Высокое качество изображения имеет первостепенное значение для многих приложений. Для настольных приложений, выбор решения KVM, которое не использует цифровую субдискретизацию для уменьшения размера полосы пропускания видео и остается в формате наилучшего качества изображения 4:4:4 – позволит доставить четкий текст и ровные линии. Ожидается, что KVM удлинители также обеспечат беспрепятственный доступ к удаленным системам; клавиатура и отзывчивость мыши должна быть исключительной – нужно чувствовать, что пользователь работает рядом с системой.

Безопасность
Безопасность – еще одна важная область, которую следует учитывать при оценке решения по коммутации IP KVM удлинителей, где обе стороны – проектирование сети и сами удлинители KVM играют критическую роль. Например, убедитесь, что продукт IP KVM поддерживает шифрование и защищает информацию, которая передается по сети.