Kable, EDID i USB w przełącznikach KVM: kompendium

Przełącznik KVM pozwala jednej klawiaturze, monitorowi i myszy kontrolować dwa lub więcej komputerów. Strona wideo jest miejscem, w którym większość instalacji zawodzi: przełącznik musi przesyłać ten sam sygnał, z tą samą przepustowością, którego oczekują monitor i komputery. To kompendium omawia, jak działa KVM, jak dopasować jego porty wideo i przepustowość do wyświetlacza, co robi emulacja EDID, jak zachowuje się emulacja klawiatury USB i jakich kabli użyć między nimi.

Jak działa przełącznik KVM

Przełącznik KVM znajduje się między komputerami a współdzielonymi urządzeniami peryferyjnymi. Każdy komputer łączy się z przełącznikiem kablem wideo i kablem USB (lub zestawem kombinowanym). Przełącznik prezentuje użytkownikowi jedną klawiaturę, jedną mysz i jeden monitor, a sygnały te kieruje do wybranego komputera.

Istnieją dwa główne typy:

• Przełączniki tylko wideo lub tylko USB obsługują jeden typ sygnału i są rzadkie w nowoczesnych konfiguracjach.
• Przełączniki KVM łączone przesyłają wideo i USB razem, często przez jeden zestaw kabli na komputer.

Przełącznik może również obejmować przełączanie audio, mikrofonu lub Ethernetu, ale podstawową funkcją jest wideo i USB.

Typy portów i co przenoszą

Przełącznik KVM ma zestaw portów po stronie komputera i zestaw portów po stronie konsoli. Strona konsoli łączy się z monitorem, klawiaturą i myszą. Strona komputera łączy się z każdym komputerem.

Typowe typy portów wideo w przełącznikach KVM:

Przełącznik KVM nie konwertuje między typami sygnałów. Przełącznik HDMI przyjmuje HDMI i wyprowadza HDMI. Jeśli komputer ma DisplayPort, a monitor HDMI, konwersja musi nastąpić przed przełącznikiem lub po nim, a nie w nim.

Dopasowanie przepustowości wideo do monitora

Przełącznik musi przesyłać sygnał wideo bez degradacji. Oznacza to, że przepustowość wideo przełącznika musi być co najmniej tak wysoka, jak sygnał używany przez komputer i monitor.

Wersje HDMI i DisplayPort definiują przepustowość:

• HDMI 1.4: 10,2 Gbps; 4K przy 30 Hz.
• HDMI 2.0: 18 Gbps; 4K przy 60 Hz; HDR dodany w 2.0a.
• HDMI 2.1: 48 Gbps; 4K przy 120 Hz, 8K przy 60 Hz.
• DisplayPort 1.2: 21,6 Gbps (HBR2).
• DisplayPort 1.4: 32,4 Gbps (HBR3), kompresja DSC; 4K przy 120 Hz, 8K przy 60 Hz z DSC.
• DisplayPort 2.0/2.1: UHBR10 = 40 Gbps, UHBR13.5 = 54 Gbps, UHBR20 = 80 Gbps.

Przełącznik KVM o specyfikacji HDMI 2.0 przesyła 4K przy 60 Hz. Jeśli monitor obsługuje 4K przy 120 Hz, przełącznik musi obsługiwać HDMI 2.1 lub DisplayPort 1.4 z DSC, a kable muszą być zgodne.

Certyfikacja kabli ma tu znaczenie. W przypadku DisplayPort szukaj DP8K (dla HBR3, 32,4 Gbps), DP40 (UHBR10, 40 Gbps) lub DP80 (UHBR20, 80 Gbps). W przypadku HDMI kable są certyfikowane według szybkości: High Speed (10,2 Gbps), Premium High Speed (18 Gbps), Ultra High Speed (48 Gbps). Kabel oznaczony jako “HDMI 2.1” jest błędnie oznaczony; numer wersji należy do portu, a nie do kabla.

Podłączając starsze monitory, mogą być potrzebne adaptery. DVI-D przenosi ten sam sygnał wideo co HDMI, więc pasywny adapter DVI-D na HDMI działa dla wideo (zwykle bez audio). VGA na HDMI wymaga aktywnego konwertera, ponieważ VGA jest analogowe. Więcej na ten temat w VGA i DVI dzisiaj: podłączanie starszych monitorów.

Emulacja EDID i dlaczego ma znaczenie

EDID (Extended Display Identification Data) to niewielka struktura danych, którą monitor wysyła do komputera, aby opisać swoje możliwości: obsługiwane rozdzielczości, częstotliwości odświeżania i formaty audio. Gdy komputer się uruchamia lub podłączany jest wyświetlacz, odczytuje EDID, aby zdecydować, jakie tryby wideo zaoferować.

W konfiguracji KVM monitor jest współdzielony. Gdy przełącznik jest ustawiony na komputer A, komputer B nie widzi monitora. Bez emulacji EDID komputer B może myśleć, że monitor został odłączony. Może przestawić okna, zmniejszyć rozdzielczość lub wyłączyć wyjście wideo.

Przełącznik KVM z emulacją EDID przedstawia zapisaną kopię EDID monitora każdemu komputerowi, nawet gdy ten komputer nie jest wybrany. Każdy komputer nadal widzi monitor o tych samych możliwościach, więc okna nie przestawiają się, a wyjście wideo pozostaje aktywne.

Niektóre przełączniki kopiują EDID z podłączonego monitora przy włączeniu; inne mają stały wewnętrzny EDID. Stały EDID może nie odpowiadać pełnym możliwościom monitora, więc komputer może oferować mniej trybów. Przełącznik, który kopiuje EDID monitora, jest preferowany, gdy monitor obsługuje wysokie rozdzielczości lub częstotliwości odświeżania.

Emulacja EDID jest szczególnie ważna w przypadku przełączników KVM używanych z laptopami, które w przeciwnym razie mogą przejść w stan uśpienia lub zmienić ustawienia wyświetlania, gdy pokrywa jest zamknięta lub zewnętrzny monitor jest przełączony.

Emulacja klawiatury i myszy USB

USB nie jest prostym przełącznikiem elektrycznym. Gdy urządzenie USB jest podłączone, host i urządzenie przeprowadzają enumerację: wymieniają deskryptory i uzgadniają konfigurację. Gdyby przełącznik KVM po prostu odłączał klawiaturę i mysz od jednego komputera i podłączał je do innego, każdy komputer widziałby odłączenie i ponowne podłączenie, co może zająć kilka sekund i może spowodować nierozpoznanie klawiatury.

Aby tego uniknąć, wiele przełączników KVM emuluje klawiaturę i mysz USB dla każdego komputera. Przełącznik prezentuje standardową klawiaturę i mysz USB każdemu komputerowi przez cały czas. Gdy użytkownik pisze lub porusza myszą, przełącznik tłumaczy te działania na raporty USB dla wybranego komputera. Nieaktywne komputery widzą bezczynną klawiaturę i mysz.

Ta emulacja utrzymuje połączenie USB przy życiu, więc przełączanie jest szybkie, a komputery nie tracą urządzeń wejściowych. Umożliwia również funkcje takie jak przełączanie skrótami klawiszowymi i wędrowanie myszy między ekranami.

Niektóre przełączniki emulują również pamięć masową USB lub inne urządzenia, ale emulacja klawiatury i myszy jest podstawowym wymogiem dla płynnego działania KVM.

Kable między przełącznikiem a komputerami

Kable używane do podłączenia każdego komputera do przełącznika KVM muszą pasować do portów wideo i USB po obu stronach.

Kable wideo

Użyj kabla o specyfikacji odpowiedniej dla potrzebnej przepustowości wideo. Do HDMI odpowiedni jest kabel Premium High Speed lub Ultra High Speed dla 4K przy 60 Hz lub wyższej. Do DisplayPort odpowiedni jest kabel DP8K lub DP40 dla HBR3 lub UHBR10. Więcej o wersjach DisplayPort i certyfikacji kabli w DisplayPort 1.2, 1.4 i 2.1 oraz kable DP40/DP80.

Pasywne kable miedziane HDMI stają się mniej niezawodne wraz ze wzrostem długości i szybkości. Aktywne kable miedziane (z chipem sygnałowym) i światłowodowe kable HDMI (AOC) sięgają dalej; oba są kierunkowe, więc koniec “źródłowy” idzie do komputera.

Kable USB

Kable USB muszą pasować do wersji USB i typu złącza. Kabel USB 2.0 (480 Mbps) jest wystarczający dla klawiatury i myszy, ale jeśli przełącznik KVM przesyła również dane USB 3.x lub ładuje, potrzebny jest kabel USB 3.x.

USB-C to złącze, a nie szybkość. Kabel USB-C może być kablem USB 2.0 (480 Mbps) lub przenosić 10, 20, 40 lub 80 Gbps. W przypadku przełączników KVM, które używają USB-C do wideo (DisplayPort Alt Mode) i danych, kabel musi obsługiwać wymaganą przepustowość wideo i szybkość transmisji danych USB.

Długości kabli USB Type-C w specyfikacji: USB 2.0 do 4 m (13 ft); USB 5Gbps do 2 m (6.6 ft); USB 10Gbps do 1 m (3.3 ft); pasywny USB4 40Gbps do 0,8 m (2.6 ft).

Jeśli przełącznik KVM ma wbudowany hub USB, może być zasilany z magistrali lub wymagać własnego zasilacza. Hub z zasilaniem ma własny zasilacz i może dostarczyć pełną moc do każdego portu. Więcej o hubach i stacjach dokujących w Huby i stacje dokujące USB: zasilane vs niezasilane i co dodaje stacja dokująca.

Co idzie nie tak

• Niedopasowanie przepustowości. Przełącznik KVM o specyfikacji HDMI 1.4 (10,2 Gbps) nie przesyła 4K przy 60 Hz, które wymaga 18 Gbps. Monitor może nie wyświetlać sygnału lub przejść na niższą rozdzielczość.
• Brak emulacji EDID. Komputery mogą przestawiać okna lub wyłączać wyjście wideo po przełączeniu. Jest to szczególnie widoczne w przypadku laptopów.
• Rozłączenia USB. Przełącznik bez emulacji USB może powodować ponowne wykrywanie klawiatury i myszy przy każdym przełączeniu, co może zająć kilka sekund i może się nie powieść.
• Zły typ kabla. Użycie kabla USB 2.0 do sygnału USB 3.x ograniczy szybkość transmisji lub zawiedzie. Użycie kabla HDMI o niewystarczającej szybkości spowoduje przerwy w obrazie.
• Pasywne adaptery tam, gdzie potrzebne są aktywne. VGA na HDMI wymaga aktywnego konwertera. Pasywny adapter nie zadziała.
• Ograniczenia długości. Sygnały HDMI i DisplayPort degradują się wraz z odległością. Pasywne kable miedziane mają krótsze niezawodne odcinki przy wyższych szybkościach. Kable aktywne lub światłowodowe wydłużają ten dystans.
• Zasilanie. Hub USB zasilany z magistrali w przełączniku KVM może nie dostarczyć wystarczającej mocy dla wszystkich urządzeń. Użyj huba z zasilaniem lub przełącznika z własnym zasilaczem.

Wybór przełącznika KVM

Zacznij od sygnału wideo. Zidentyfikuj potrzebną rozdzielczość i częstotliwość odświeżania, a następnie oblicz wymaganą przepustowość. Wybierz przełącznik, który obsługuje tę przepustowość zarówno po stronie komputera, jak i po stronie konsoli.

Sprawdź wymagania USB. Jeśli potrzebujesz danych USB 3.x lub ładowania, upewnij się, że przełącznik i kable to obsługują. Jeśli potrzebujesz tylko klawiatury i myszy, USB 2.0 jest wystarczające.

Poszukaj emulacji EDID i emulacji klawiatury/myszy USB. Te funkcje sprawiają, że przełączanie jest niezawodne i szybkie.

Dopasuj złącza. Przełącznik musi mieć odpowiednie porty dla twoich komputerów i monitora, albo musisz użyć adapterów. Pamiętaj, że adaptery mogą być pasywne lub aktywne w zależności od konwersji sygnału.

Na koniec rozważ kable. Użyj kabli o specyfikacji odpowiedniej dla potrzebnej przepustowości i długości. Do wideo wybierz kable certyfikowane. Do USB dopasuj wersję i typ złącza. Utrzymuj długości kabli w granicach specyfikacji, aby uniknąć przerw w działaniu.