Cabos, EDID e USB em Switches KVM: Uma Referência

Um switch KVM permite que um teclado, monitor e mouse controlem dois ou mais computadores. O lado do vídeo é onde a maioria das instalações falha: o switch deve passar o mesmo sinal, na mesma largura de banda, que o monitor e os computadores esperam. Esta referência cobre como um KVM funciona, como compatibilizar suas portas de vídeo e largura de banda com o display, o que a emulação EDID faz, como a emulação de teclado USB se comporta e quais cabos usar entre eles.

Como funciona um switch KVM

Um switch KVM fica entre os computadores e os periféricos compartilhados. Cada computador se conecta ao switch com um cabo de vídeo e um cabo USB (ou um conjunto de cabos combinado). O switch apresenta um teclado, um mouse e um monitor ao usuário, e roteia esses sinais para o computador selecionado.

Existem dois tipos principais:

• Switches somente vídeo ou somente USB lidam com um tipo de sinal e são raros em configurações modernas.
• Switches KVM combinados transportam vídeo e USB juntos, muitas vezes por um único conjunto de cabos por computador.

O switch também pode incluir áudio, microfone ou comutação Ethernet, mas a função principal é vídeo e USB.

Tipos de porta e o que elas transportam

Um switch KVM tem um conjunto de portas do lado do computador e um conjunto de portas do lado do console. O lado do console se conecta ao monitor, teclado e mouse. O lado do computador se conecta a cada computador.

Tipos comuns de porta de vídeo em switches KVM:

Um switch KVM não converte entre tipos de sinal. Um switch KVM HDMI recebe HDMI e envia HDMI. Se um computador tem DisplayPort e o monitor tem HDMI, a conversão deve acontecer antes do switch ou depois dele, não dentro dele.

Compatibilizando a largura de banda de vídeo com o monitor

O switch deve passar o sinal de vídeo sem degradá-lo. Isso significa que a largura de banda de vídeo do switch deve ser pelo menos tão alta quanto o sinal que o computador e o monitor usam.

As versões HDMI e DisplayPort definem a largura de banda:

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

Um switch KVM classificado para HDMI 2.0 passará 4K a 60 Hz. Se o monitor é 4K a 120 Hz, o switch deve suportar HDMI 2.1 ou DisplayPort 1.4 com DSC, e os cabos devem ser compatíveis.

A certificação do cabo importa aqui. Para DisplayPort, procure DP8K (para HBR3, 32,4 Gbps), DP40 (UHBR10, 40 Gbps) ou DP80 (UHBR20, 80 Gbps). Para HDMI, os cabos são certificados por velocidade: High Speed (10,2 Gbps), Premium High Speed (18 Gbps), Ultra High Speed (48 Gbps). Um cabo rotulado “HDMI 2.1” está mal rotulado; o número da versão pertence à porta, não ao cabo.

Ao conectar monitores mais antigos, adaptadores podem ser necessários. DVI-D transporta o mesmo sinal de vídeo que HDMI, então um adaptador passivo DVI-D para HDMI funciona para vídeo (geralmente sem áudio). VGA para HDMI precisa de um conversor ativo, porque VGA é analógico. Para mais sobre isso, veja VGA e DVI hoje: conectando monitores mais antigos.

Emulação EDID e por que ela importa

EDID (Extended Display Identification Data) é uma pequena estrutura de dados que um monitor envia a um computador para descrever suas capacidades: resoluções suportadas, taxas de atualização e formatos de áudio. Quando um computador inicializa ou um display é conectado, ele lê o EDID para decidir quais modos de vídeo oferecer.

Em uma configuração KVM, o monitor é compartilhado. Quando o switch está configurado para o computador A, o computador B não vê monitor. Sem emulação EDID, o computador B pode pensar que o monitor foi desconectado. Ele pode reorganizar janelas, reduzir a resolução ou desativar a saída de vídeo.

Um switch KVM com emulação EDID apresenta uma cópia armazenada do EDID do monitor para cada computador, mesmo quando aquele computador não está selecionado. Cada computador continua a ver um monitor com as mesmas capacidades, então as janelas não se reorganizam e a saída de vídeo permanece ativa.

Alguns switches copiam o EDID do monitor conectado na inicialização; outros têm um EDID interno fixo. Um EDID fixo pode não corresponder às capacidades totais do monitor, então o computador pode oferecer menos modos. Um switch que copia o EDID do monitor é preferível quando o monitor suporta altas resoluções ou taxas de atualização.

A emulação EDID é especialmente importante para switches KVM usados com laptops que, de outra forma, poderiam dormir ou alterar as configurações de display quando a tampa é fechada ou o monitor externo é comutado.

Emulação de teclado e mouse USB

USB não é um simples switch elétrico. Quando um dispositivo USB é conectado, o host e o dispositivo enumeram: eles trocam descritores e concordam com uma configuração. Se um switch KVM simplesmente desconectasse o teclado e o mouse de um computador e os conectasse a outro, cada computador veria uma desconexão e reconexão, o que pode levar segundos e pode fazer com que o teclado não seja reconhecido.

Para evitar isso, muitos switches KVM emulam um teclado e mouse USB para cada computador. O switch apresenta um teclado e mouse USB padrão para cada computador o tempo todo. Quando o usuário digita ou move o mouse, o switch traduz essas ações em relatórios USB para o computador selecionado. Os computadores não selecionados veem um teclado e mouse ociosos.

Essa emulação mantém a conexão USB ativa, então a comutação é rápida e os computadores não perdem seus dispositivos de entrada. Também permite recursos como comutação por teclas de atalho e roaming do mouse entre telas.

Alguns switches também emulam armazenamento USB ou outros dispositivos, mas a emulação de teclado e mouse é o requisito central para uma experiência KVM suave.

Cabos entre o switch e os computadores

Os cabos usados para conectar cada computador ao switch KVM devem corresponder às portas de vídeo e USB em ambas as extremidades.

Cabos de vídeo

Use um cabo classificado para a largura de banda de vídeo que você precisa. Para HDMI, um cabo Premium High Speed ou Ultra High Speed é apropriado para 4K a 60 Hz ou superior. Para DisplayPort, um cabo DP8K ou DP40 é apropriado para HBR3 ou UHBR10. Para mais sobre versões DisplayPort e certificação de cabos, veja DisplayPort 1.2, 1.4 e 2.1, e cabos DP40/DP80.

Cabos HDMI de cobre passivos se tornam menos confiáveis à medida que o comprimento e a velocidade aumentam. Cabos de cobre ativos (com um chip de sinal) e cabos HDMI de fibra (AOC) vão mais longe; ambos são direcionais, então a extremidade “fonte” vai para o computador.

Cabos USB

Os cabos USB devem corresponder à versão USB e ao tipo de conector. Um cabo USB 2.0 (480 Mbps) é suficiente para teclado e mouse, mas se o switch KVM também transporta dados USB 3.x ou carregamento, um cabo USB 3.x é necessário.

USB-C é um conector, não uma velocidade. Um cabo USB-C pode ser um cabo USB 2.0 (480 Mbps) ou transportar 10, 20, 40 ou 80 Gbps. Para switches KVM que usam USB-C para vídeo (DisplayPort Alt Mode) e dados, o cabo deve suportar a largura de banda de vídeo necessária e a taxa de dados USB.

Comprimentos de cabo USB Type-C na especificação: USB 2.0 até 4 m (13 ft); USB 5Gbps até 2 m (6.6 ft); USB 10Gbps até 1 m (3.3 ft); USB4 40Gbps passivo até 0,8 m (2.6 ft).

Se o switch KVM tem um hub USB embutido, ele pode ser alimentado pelo barramento ou precisar de seu próprio adaptador de energia. Um hub alimentado tem seu próprio adaptador e pode fornecer energia total a cada porta. Para mais sobre hubs e docks, veja Hubs e docks USB: alimentados vs não alimentados, e o que um dock adiciona.

O que dá errado

• Incompatibilidade de largura de banda. Um switch KVM classificado para HDMI 1.4 (10,2 Gbps) não passará 4K a 60 Hz, que precisa de 18 Gbps. O monitor pode não mostrar sinal ou cair para uma resolução mais baixa.
• Sem emulação EDID. Os computadores podem reorganizar janelas ou desativar a saída de vídeo quando comutados. Isso é especialmente perceptível com laptops.
• Desconexões USB. Um switch sem emulação USB pode fazer com que o teclado e o mouse sejam redetectados a cada comutação, o que pode levar segundos e pode falhar.
• Tipo de cabo errado. Usar um cabo USB 2.0 para um sinal USB 3.x limitará a taxa de dados ou falhará. Usar um cabo HDMI não classificado para a velocidade necessária causará perdas.
• Adaptadores passivos onde ativos são necessários. VGA para HDMI precisa de um conversor ativo. Um adaptador passivo não funcionará.
• Limites de comprimento. Sinais HDMI e DisplayPort se degradam com a distância. Cabos de cobre passivos têm trechos confiáveis mais curtos em velocidades mais altas. Cabos ativos ou de fibra estendem isso.
• Energia. Um hub USB alimentado pelo barramento em um switch KVM pode não fornecer energia suficiente para todos os dispositivos. Use um hub alimentado ou um switch com seu próprio adaptador de energia.

Escolhendo um switch KVM

Comece pelo sinal de vídeo. Identifique a resolução e a taxa de atualização que você precisa, depois calcule a largura de banda necessária. Escolha um switch que suporte essa largura de banda tanto no lado do computador quanto no lado do console.

Verifique os requisitos de USB. Se você precisa de dados USB 3.x ou carregamento, certifique-se de que o switch e os cabos suportem isso. Se você só precisa de teclado e mouse, USB 2.0 é suficiente.

Procure por emulação EDID e emulação de teclado/mouse USB. Esses recursos tornam a comutação confiável e rápida.

Combine os conectores. O switch deve ter as portas corretas para seus computadores e monitor, ou você deve usar adaptadores. Lembre-se de que adaptadores podem ser passivos ou ativos dependendo da conversão de sinal.

Finalmente, considere os cabos. Use cabos classificados para a largura de banda e o comprimento que você precisa. Para vídeo, escolha cabos certificados. Para USB, combine a versão e o tipo de conector. Mantenha os trechos de cabo dentro da especificação para evitar perdas.