KVM-Switch-Kabel, EDID und USB: Eine Referenz

Ein KVM-Switch ermöglicht es, mit einer Tastatur, einem Monitor und einer Maus zwei oder mehr Computer zu steuern. Die Videoseite ist der Punkt, an dem die meisten Installationen scheitern: Der Switch muss dasselbe Signal mit derselben Bandbreite durchleiten, die der Monitor und die Computer erwarten. Diese Referenz behandelt die Funktionsweise eines KVM-Switches, die Abstimmung seiner Videoanschlüsse und Bandbreite auf das Display, die Aufgabe der EDID-Emulation, das Verhalten der USB-Tastatur-Emulation und die Kabel, die dazwischen verwendet werden.

Wie ein KVM-Switch funktioniert

Ein KVM-Switch sitzt zwischen den Computern und den gemeinsam genutzten Peripheriegeräten. Jeder Computer wird mit einem Videokabel und einem USB-Kabel (oder einem kombinierten Kabelsatz) an den Switch angeschlossen. Der Switch stellt dem Benutzer eine Tastatur, eine Maus und einen Monitor zur Verfügung und leitet diese Signale an den ausgewählten Computer weiter.

Es gibt zwei grobe Typen:

• Nur-Video- oder Nur-USB-Switches verarbeiten nur einen Signaltyp und sind in modernen Setups selten.
• Kombinierte KVM-Switches übertragen Video und USB zusammen, oft über einen einzigen Kabelsatz pro Computer.

Der Switch kann auch Audio-, Mikrofon- oder Ethernet-Umschaltung enthalten, aber die Kernfunktion ist Video und USB.

Anschlusstypen und was sie übertragen

Ein KVM-Switch hat eine Reihe von computerseitigen Anschlüssen und eine Reihe von konsolenseitigen Anschlüssen. Die Konsolenseite wird mit dem Monitor, der Tastatur und der Maus verbunden. Die Computerseite wird mit jedem Computer verbunden.

Häufige Videoanschlusstypen an KVM-Switches:

Ein KVM-Switch konvertiert nicht zwischen Signaltypen. Ein HDMI-KVM-Switch nimmt HDMI entgegen und gibt HDMI aus. Wenn ein Computer DisplayPort hat und der Monitor HDMI, muss die Konvertierung vor oder nach dem Switch erfolgen, nicht darin.

Video-Bandbreite auf den Monitor abstimmen

Der Switch muss das Videosignal ohne Verschlechterung durchleiten. Das bedeutet, dass die Video-Bandbreite des Switches mindestens so hoch sein muss wie das Signal, das Computer und Monitor verwenden.

HDMI- und DisplayPort-Versionen definieren die Bandbreite:

• HDMI 1.4: 10,2 Gbps; 4K bei 30 Hz.
• HDMI 2.0: 18 Gbps; 4K bei 60 Hz; HDR in 2.0a hinzugefügt.
• HDMI 2.1: 48 Gbps; 4K bei 120 Hz, 8K bei 60 Hz.
• DisplayPort 1.2: 21,6 Gbps (HBR2).
• DisplayPort 1.4: 32,4 Gbps (HBR3), DSC-Kompression; 4K bei 120 Hz, 8K bei 60 Hz mit DSC.
• DisplayPort 2.0/2.1: UHBR10 = 40 Gbps, UHBR13.5 = 54 Gbps, UHBR20 = 80 Gbps.

Ein KVM-Switch, der für HDMI 2.0 ausgelegt ist, leitet 4K bei 60 Hz durch. Wenn der Monitor 4K bei 120 Hz kann, muss der Switch HDMI 2.1 oder DisplayPort 1.4 mit DSC unterstützen, und die Kabel müssen dazu passen.

Die Kabelzertifizierung ist hier wichtig. Für DisplayPort suchen Sie nach DP8K (für HBR3, 32,4 Gbps), DP40 (UHBR10, 40 Gbps) oder DP80 (UHBR20, 80 Gbps). Für HDMI werden Kabel nach Geschwindigkeit zertifiziert: High Speed (10,2 Gbps), Premium High Speed (18 Gbps), Ultra High Speed (48 Gbps). Ein Kabel mit der Bezeichnung “HDMI 2.1” ist falsch gekennzeichnet; die Versionsnummer gehört zum Anschluss, nicht zum Kabel.

Beim Anschluss älterer Monitore können Adapter erforderlich sein. DVI-D führt dasselbe Videosignal wie HDMI, daher funktioniert ein passiver DVI-D-auf-HDMI-Adapter für Video (normalerweise ohne Audio). VGA auf HDMI benötigt einen aktiven Konverter, da VGA analog ist. Weitere Informationen hierzu finden Sie unter VGA und DVI heute: ältere Monitore anschließen.

EDID-Emulation und warum sie wichtig ist

EDID (Extended Display Identification Data) ist eine kleine Datenstruktur, die ein Monitor an einen Computer sendet, um seine Fähigkeiten zu beschreiben: unterstützte Auflösungen, Bildwiederholraten und Audioformate. Wenn ein Computer startet oder ein Display angeschlossen wird, liest er die EDID, um zu entscheiden, welche Videomodi angeboten werden.

In einem KVM-Setup wird der Monitor gemeinsam genutzt. Wenn der Switch auf Computer A eingestellt ist, sieht Computer B keinen Monitor. Ohne EDID-Emulation könnte Computer B denken, der Monitor wurde getrennt. Er könnte Fenster neu anordnen, die Auflösung reduzieren oder die Display-Ausgabe deaktivieren.

Ein KVM-Switch mit EDID-Emulation präsentiert jedem Computer eine gespeicherte Kopie der EDID des Monitors, auch wenn dieser Computer nicht ausgewählt ist. Jeder Computer sieht weiterhin einen Monitor mit denselben Fähigkeiten, sodass Fenster nicht neu angeordnet werden und die Videoausgabe aktiv bleibt.

Einige Switches kopieren die EDID des angeschlossenen Monitors beim Einschalten; andere haben eine feste interne EDID. Eine feste EDID entspricht möglicherweise nicht den vollen Fähigkeiten des Monitors, sodass der Computer weniger Modi anbietet. Ein Switch, der die EDID des Monitors kopiert, ist vorzuziehen, wenn der Monitor hohe Auflösungen oder Bildwiederholraten unterstützt.

Die EDID-Emulation ist besonders wichtig für KVM-Switches, die mit Laptops verwendet werden, die sonst in den Ruhezustand wechseln oder die Anzeigeeinstellungen ändern könnten, wenn der Deckel geschlossen oder der externe Monitor weggeschaltet wird.

USB-Tastatur- und Maus-Emulation

USB ist kein einfacher elektrischer Schalter. Wenn ein USB-Gerät angeschlossen wird, enumerieren Host und Gerät: Sie tauschen Deskriptoren aus und einigen sich auf eine Konfiguration. Wenn ein KVM-Switch einfach die Tastatur und Maus von einem Computer trennen und mit einem anderen verbinden würde, würde jeder Computer ein Trennen und Neuverbinden sehen, was Sekunden dauern kann und dazu führen kann, dass die Tastatur nicht erkannt wird.

Um dies zu vermeiden, emulieren viele KVM-Switches jedem Computer eine USB-Tastatur und -Maus. Der Switch präsentiert jedem Computer jederzeit eine Standard-USB-Tastatur und -Maus. Wenn der Benutzer tippt oder die Maus bewegt, übersetzt der Switch diese Aktionen in USB-Berichte für den ausgewählten Computer. Die nicht ausgewählten Computer sehen eine inaktive Tastatur und Maus.

Diese Emulation hält die USB-Verbindung aufrecht, sodass das Umschalten schnell ist und die Computer ihre Eingabegeräte nicht verlieren. Sie ermöglicht auch Funktionen wie Hotkey-Umschaltung und Maus-Roaming zwischen Bildschirmen.

Einige Switches emulieren auch USB-Speicher oder andere Geräte, aber die Tastatur- und Maus-Emulation ist die Kernanforderung für ein reibungsloses KVM-Erlebnis.

Kabel zwischen dem Switch und den Computern

Die Kabel, die jeden Computer mit dem KVM-Switch verbinden, müssen zu den Video- und USB-Anschlüssen an beiden Enden passen.

Videokabel

Verwenden Sie ein Kabel, das für die benötigte Video-Bandbreite ausgelegt ist. Für HDMI ist ein Premium-High-Speed- oder Ultra-High-Speed-Kabel für 4K bei 60 Hz oder höher geeignet. Für DisplayPort ist ein DP8K- oder DP40-Kabel für HBR3 oder UHBR10 geeignet. Weitere Informationen zu DisplayPort-Versionen und Kabelzertifizierung finden Sie unter DisplayPort 1.2, 1.4 und 2.1 sowie DP40/DP80-Kabel.

Passive HDMI-Kupferkabel werden mit zunehmender Länge und Geschwindigkeit unzuverlässiger. Aktive Kupferkabel (mit Signalchip) und Glasfaser-HDMI-Kabel (AOC) reichen weiter; beide sind richtungsgebunden, das “Source”-Ende geht zum Computer.

USB-Kabel

USB-Kabel müssen zur USB-Version und zum Anschlusstyp passen. Ein USB-2.0-Kabel (480 Mbps) reicht für Tastatur und Maus, aber wenn der KVM-Switch auch USB-3.x-Daten oder Ladung überträgt, ist ein USB-3.x-Kabel erforderlich.

USB-C ist ein Anschluss, keine Geschwindigkeit. Ein USB-C-Kabel kann ein USB-2.0-Kabel sein (480 Mbps) oder 10, 20, 40 oder 80 Gbps übertragen. Für KVM-Switches, die USB-C für Video (DisplayPort Alt Mode) und Daten verwenden, muss das Kabel die erforderliche Video-Bandbreite und USB-Datenrate unterstützen.

USB-Typ-C-Kabellängen in der Spezifikation: USB 2.0 bis zu 4 m (13 ft); USB 5Gbps bis zu 2 m (6,6 ft); USB 10Gbps bis zu 1 m (3,3 ft); passives USB4 40Gbps bis zu 0,8 m (2,6 ft).

Wenn der KVM-Switch einen integrierten USB-Hub hat, kann er busgespeist sein oder ein eigenes Netzteil benötigen. Ein aktiver Hub hat ein eigenes Netzteil und kann jeden Anschluss mit voller Leistung versorgen. Weitere Informationen zu Hubs und Docks finden Sie unter USB-Hubs und Docks: aktiv vs. passiv und was ein Dock bietet.

Was schiefgeht

• Bandbreiten-Fehlanpassung. Ein KVM-Switch, der für HDMI 1.4 (10,2 Gbps) ausgelegt ist, leitet kein 4K bei 60 Hz durch, was 18 Gbps benötigt. Der Monitor zeigt möglicherweise kein Signal oder schaltet auf eine niedrigere Auflösung herunter.
• Keine EDID-Emulation. Computer können Fenster neu anordnen oder die Display-Ausgabe deaktivieren, wenn sie weggeschaltet werden. Dies ist besonders bei Laptops auffällig.
• USB-Trennungen. Ein Switch ohne USB-Emulation kann dazu führen, dass Tastatur und Maus bei jedem Umschalten neu erkannt werden, was Sekunden dauern kann und möglicherweise fehlschlägt.
• Falscher Kabeltyp. Die Verwendung eines USB-2.0-Kabels für ein USB-3.x-Signal begrenzt die Datenrate oder schlägt fehl. Die Verwendung eines HDMI-Kabels, das nicht für die erforderliche Geschwindigkeit ausgelegt ist, führt zu Aussetzern.
• Passive Adapter, wo aktive benötigt werden. VGA auf HDMI benötigt einen aktiven Konverter. Ein passiver Adapter funktioniert nicht.
• Längengrenzen. HDMI- und DisplayPort-Signale verschlechtern sich mit der Entfernung. Passive Kupferkabel haben bei höheren Geschwindigkeiten kürzere zuverlässige Strecken. Aktive oder Glasfaserkabel verlängern diese.
• Stromversorgung. Ein busgespeister USB-Hub in einem KVM-Switch liefert möglicherweise nicht genug Strom für alle Geräte. Verwenden Sie einen aktiven Hub oder einen Switch mit eigenem Netzteil.

Auswahl eines KVM-Switches

Beginnen Sie mit dem Videosignal. Identifizieren Sie die benötigte Auflösung und Bildwiederholrate und berechnen Sie dann die erforderliche Bandbreite. Wählen Sie einen Switch, der diese Bandbreite sowohl auf der Computerseite als auch auf der Konsolenseite unterstützt.

Prüfen Sie die USB-Anforderungen. Wenn Sie USB-3.x-Daten oder Ladung benötigen, stellen Sie sicher, dass Switch und Kabel dies unterstützen. Wenn Sie nur Tastatur und Maus benötigen, reicht USB 2.0 aus.

Achten Sie auf EDID-Emulation und USB-Tastatur-/Maus-Emulation. Diese Funktionen machen das Umschalten zuverlässig und schnell.

Passen Sie die Anschlüsse an. Der Switch muss die richtigen Anschlüsse für Ihre Computer und Ihren Monitor haben, oder Sie müssen Adapter verwenden. Denken Sie daran, dass Adapter je nach Signalumwandlung passiv oder aktiv sein können.

Berücksichtigen Sie schließlich die Kabel. Verwenden Sie Kabel, die für die benötigte Bandbreite und Länge ausgelegt sind. Wählen Sie für Video zertifizierte Kabel. Passen Sie bei USB die Version und den Anschlusstyp an. Halten Sie die Kabellängen innerhalb der Spezifikation, um Aussetzer zu vermeiden.