KVM-переключатель

KVM-переключатель (англ. KVM switch, от англ. keyboard, video, and mouse — «клавиатура, видео и мышь») — аппаратное устройство, позволяющее пользователю управлять несколькими компьютерами с помощью одного или нескольких комплектов клавиатур, видеомониторов и мышей^[1].

Схематичное изображение KVM-переключателя. Компьютер справа в данный момент контролируется подключёнными устройствами

Промышленный KVM-переключатель в форм-факторе 1U с консолью и портами DVI и USB (клавиатура/мышь)

Название

Переключатели для подключения нескольких компьютеров к одним или нескольким периферийным устройствам имели разные названия.

Одним из первых использовалось название Keyboard Video Switch (KVS, переключатель клавиатуры и видео)^[2]. После появления мыши распространилось название KVM-переключатель (от англ. Keyboard, Video and Mouse switch). Данный термин был предложен Ремигиусом Шатасом (Remigius Shatas), основателем компании Cybex (ныне Vertiv), в 1995 году^[3]. Некоторые производители используют обозначение KVMP (Keyboard, Video, Mouse and Peripheral), включая в название также периферийные устройства.

Типы

USB-клавиатуры, мыши и устройства ввода-вывода — это наиболее часто подключаемые устройства к KVM-переключателю. Различают следующие основные типы KVM-переключателей в зависимости от принципа работы с USB-устройствами (такими как клавиатуры, мыши, сенсорные экраны и др.), относящимися к классу USB-HID (Human Interface Device):

KVM на базе USB-хаба: Также называемый «переключатель с эмулированным USB-хабом» или «селектор USB-портов». Подключённое или общее USB-устройство каждый раз при переключении KVM на другой целевой компьютер проходит полный цикл инициализации (USB-энумерация). Процесс аналогичен физическому переподключению устройства.
Эмулирующий USB KVM: Выделенные консольные USB-порты эмулируют базовые функции клавиатуры или мыши для каждого целевого компьютера, обеспечивая мгновенное и надёжное переключение. Такой класс поддерживает только базовую функциональность стандартных клавиатур и мышей. Существуют также устройства, поддерживающие ограниченное совместное использование клавиатуры и мыши между разными ОС^[4].
Полу-DDM USB KVM: Консольные USB-порты поддерживают работу со всеми USB-HID устройствами, но не «видят» их одновременно все целевые компьютеры. Устройства используют технологию DDM (Dynamic Device Mapping).
DDM USB KVM: Выделенные порты DDM обеспечивают видимость и специальные функции всех USB-HID-устройств (в том числе поддержка дополнительных клавиш, колёсиков мыши и пр.) одновременно на всех подключённых компьютерах. Это позволяет избежать ограничений эмулирующего класса за счёт имитации реальных характеристик устройств^[5].
KVM+Dock: Переключатели с интегрированной док-станцией, которые совмещают функции KVM и дока для подключения периферии, что особенно востребовано в эпоху массового дистанционного труда.

Характеристика	Класс Hub	Эмулирующий класс	Полу-DDM	Класс DDM
Требуется ли повторная энумирация USB	Требуется при каждом переключении порта	Нет, только для клавиатуры/мыши	Нет, для всех USB-HID	Нет, для всех USB-HID
Задержка при переключении USB	Наибольшая, зависит от ОС (ок. 10-15 сек)	Короткая	Короткая	Нет задержки
Поддержка горячих клавиш	Нет	Да, только на спец. порту клавиатуры	Да, на всех Semi-DDM портах	Да, на всех DDM портах
Специальные функции клавиатуры и мыши	Ограниченно*	Нет, только стандартная клавиатура/мышь	Да	Да
Корректное определение устройств в Windows 7/8	Ограниченно*	Нет, определяется как стандартная клавиатура/мышь вне зависимости от фактически подключённых устройств	Да	Да
Поддержка драйверов тачскрина Windows 7/8	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Поддержка беспроводных комплектов	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Поддержка других USB-HID (кроме клавиатуры/мыши)	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Поддержка USB-тачскринов	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Поддержка графических планшетов	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Поддержка унифиц. беспроводных приёмников USB	Ограниченно*	Нет	Да*	Да
Преимущества	Передаёт все сигналы между USB-устройствами и компьютерами	Переключение клавиатуры/мыши, короткое время переключения, поддержка горячих клавиш	Полный контроль всех USB-HID, горячие клавиши, низкая стоимость относительно DDM, небольшая задержка	Полный контроль всех USB-HID, отсутствие задержки, горячие клавиши
Недостатки	Наибольшая задержка, невозможность использовать клавиатуру/мышь для управления переключением, нет горячих клавиш, возможны ошибки HPD	Только стандартные профили, не поддерживаются доп. функции, невозможность совместного использования других HID, возможны ошибки HPD	Остаточная задержка	Более высокая стоимость

Ограниченно: поддерживается, но без USB-переинициализации, что вызывает задержки и может приводить к ошибкам HPD (Hot-Plug Device).
Да*: задержка при переключении каналов не превышает 1 секунды.

KVM+Dock: Модель с двумя портами DisplayPort 1.4 и встроенной док-станцией способна обеспечивать совместное использование мониторов 4K144Hz для игровой индустрии.

Использование

KVM-переключатель широко применяется в дата-центрах и позволяет управлять несколькими серверами с помощью одной клавиатуры, монитора и мыши^[6]. Оператор может подключиться к любому серверу в стойке через такой переключатель. Для домашнего использования KVM-переключатель позволяет эксплуатировать основную клавиатуру, мышь и монитор ПК с портативным устройством (например, ноутбуком, планшетом или КПК), либо использовать компьютер с альтернативной ОС.

KVM-переключатели различаются по способу подключения. В одних устройствах предусмотрены стандартные разъёмы для подключения обычных кабелей, в других вся коммутация агрегируется в единый разъём (например, DB25), а к компьютерам идут раздельные кабели клавиатуры, видео и мыши. Позднее появились специальные KVM-кабели, объединяющие все три линии в одну оболочку, что уменьшает количество кабелей, но увеличивает стоимость.

Метод переключения между компьютерами варьируется: самые ранние устройства (Rose, около 1988) использовали механический поворотный переключатель; электронные активные устройства (Cybex, ок. 1990) оснащались кнопками на корпусе. В 1992—1993 годах инженерами Cybex были реализованы горячие клавиши для переключения. Современные KVM-переключатели позволяют использовать для этого сочетания клавиш на клавиатуре (например, Ctrl+Ctrl, Scroll Lock+Scroll Lock или Print Screen), зачастую сопровождаемые экранным меню с перечнем подключённых компьютеров.

KVM-переключатели различаются по количеству управляемых компьютеров — от 2 до 64 на одну консоль. Профессиональные стоечные устройства, соединённые по цепочке (daisy-chain) или иерархически (каскадом), могут обслуживать свыше 1000 компьютеров^[7].

Видеополоса пропускания

Хотя выпускаются KVM-переключатели с поддержкой HDMI, DisplayPort и DVI, наиболее распространённым для промышленных моделей до сих пор остаётся аналоговый разъём VGA. В современных устройствах всё чаще реализуются порты HDMI и DisplayPort. Важной характеристикой аналоговых коммутаторов является поддерживаемая полоса пропускания видеосигнала. Обычные потребительские модели обеспечивают до 200 МГц, чего достаточно для передачи видеосигнала высокого разрешения при 60 Гц.

Для аналоговых видео-интерфейсов требуемая ширина полосы зависит от разрешения и частоты обновления. Единых формул для пересчёта не существует, различия связаны с особенностями конкретного оборудования, возможным старением элементов и снижением качества сигнала. На практике устройство должно обеспечивать запас полосы как минимум втрое выше, чем требуется по стандарту, чтобы потери сигнала не ухудшали качество изображения.

Для дисплеев на основе ЭЛТ особенно важна высокая частота обновления во избежание мерцания, что повышает требования к полосе пропускания.

В современных KVM-переключателях высокого класса (например, для игровых ПК) становятся стандартом поддержка разрешений и частот до 4K@144Hz, 5K@120/240Hz, 8K@60Hz (с применением DSC).

Особенности работы с монитором

Мониторы используют интерфейсы DDC и EDID (по соответствующим контактам), чтобы идентифицировать себя системе. KVM-переключатели могут по-разному обрабатывать эти данные:

Отсутствует поддержка. KVM-переключатель не передаёт DDC/EDID, и система не «видит» монитор — ОС выбирает безопасные параметры. Для желаемых разрешений часто требуется ручная настройка драйвера. Некоторые приложения, например игры, некорректно работают без DDC/EDID.
Ложная эмуляция. KVM-переключатель генерирует собственные DDC/EDID-данные, которые могут не соответствовать возможностям реального монитора, вызывая ограничения при выборе разрешения и других настроек.
Прозрачная передача. Переключатель пытается обеспечить прямую коммуникацию между монитором и системой, но может неправильно обрабатывать события Hot Plug Detect (HPD) или не передавать сигналы о состоянии питания, меняя параметры системы и режима монитора; также может искажаться передача команд MCSS (например, поворота или цветокоррекции).

Согласно рекомендациям Microsoft, KVM-переключатели должны без искажений передавать I²C-трафик между монитором и ПК и не создавать событий HPD при переключении портов^[8]^[9].

Мониторы с встроенными KVM-переключателями: Современные мониторы могут быть оснащены встроенным KVM для одновременного подключения к двум компьютерам. Как правило, реализуется только простейший класс KVM (hub), без эмуляции HID или EDID для всех устройств. Обычно такие решения ограничены двумя системами и не поддерживают переключение нескольких мониторов или интеграцию с дополнительными устройствами.

Пассивные и активные (электронные) переключатели

Механический KVM-переключатель для клавиатуры и видео (VGA/DE-15)

Первые KVM-переключатели представляли собой пассивные, механические устройства на основе многополюсных переключателей; самые дешёвые модели до сих пор используют эту технологию. Обычно такие устройства оснащены поворотным переключателем и позволяют управлять двумя-четырьмя компьютерами (реже до 12). Современные KVM-переключатели используют электронные схемы, что позволяет подключать большее количество устройств по общей магистрали.

Ограничение механических переключателей связано с тем, что невключённый в данный момент компьютер не воспринимает подключённую клавиатуру/мышь/монитор. При запуске системы она может не обнаружить эти устройства и загрузиться в урезанном или ошибочном режиме (например, без мыши, или с низким разрешением 640×480). Поэтому механические KVM-переключатели неудобны при необходимости автоматической перезагрузки.

Другая проблема — некачественный контакт из-за износа механики, что проявляется в потере сигнала или ошибках периферийных устройств; применение позолоченных контактов повышает надёжность, но также удорожает устройство.

Большинство современных электронных KVM-переключателей реализуют эмуляцию периферии: отправляют неактивным компьютерам сигналы, имитирующие присутствие клавиатуры, мыши и монитора, что важно при длительной работе и перезагрузке. Однако иногда эмулируемые сигналы не полностью соответствуют реальному оборудованию, из-за чего, например, нестандартные (мультимедийные) клавиши могут работать некорректно или не функционировать вовсе.

Программные альтернативы

Существуют программные аналоги KVM-переключателей, такие как Multiplicity, Synergy, Barrier и другие, реализующие переключение рабочих мест через программную маршрутизацию данных по сети. Это уменьшает количество кабелей, а функция переключения по смещению указателя мыши позволяет плавно перемещать курсор между экранами разных компьютеров.

Удалённые KVM-удлинители

Удалённые (remote) KVM-удлинители бывают двух основных типов: «локальные дистанционные» и KVM over IP (IPKVM).

Локальные удлинители (включая KVM по USB)[править | править код]

В этой конфигурации пользователь может управлять компьютером на расстоянии до 300 метров (1000 футов) посредством прямого кабельного соединения KVM-удлинителя с компьютером и консолью^[10], обычно применяя стандартные кабели категории 5 для соединения между устройствами. USB KVM-удлинители позволяют управлять компьютерами, используя кабели длиной до 5 метров^[11].

KVM over IP (IPKVM)[править | править код]

KVM over IP реализуется с помощью микроконтроллеров и специализированных блоков захвата видео, которые преобразуют видеосигналы, клавиатуру и мышь в цифровой поток, передаваемый по сети Ethernet на удалённую консоль для восстановления изображения и управления. Обычно KVM over IP подключается к дежурной (стэндбай) линии питания, что обеспечивает доступ к компьютеру на всех этапах загрузки BIOS и системы.

Такие устройства позволяют управлять компьютерами из локальной или глобальной сети через IP-протоколы^[10]. В зависимости от реализованного протокола возможны ограничения по задержкам и передаче данных через сети WAN/LAN, поэтому управление часто называют «почти в реальном времени».

Доступ к KVM over IP чаще всего осуществляется через веб-браузер, реже — при помощи специализированных программных клиентов, использующих ActiveX или Java.

Белый список (whitelisting)[править | править код]

Некоторые микросхемы или производители требуют явного разрешения (внесения в белый список) для подключения нестандартных USB-устройств к KVM-удлинителям — без его добавления подключение невозможно. Это делается путём добавления идентификатора устройства из менеджера устройств Windows или по документации производителя. Как правило, стандартные HID USB-устройства исключены из этого требования, а специализированные устройства (планшеты, дигитайзеры и т. п.) требуют ручного внесения.

Реализация[править | править код]

По сравнению с традиционными методами удалённого администрирования (например, VNC или службы терминалов, требующими загрузки ОС), KVM-переключатель предоставляет доступ на всех стадиях загрузки вплоть до BIOS. Современные KVM over IP-устройства обычно используют не менее 128-битное шифрование для защиты соединения через WAN/LAN (например, SSL).

Аппаратура KVM over IP может реализовываться по-разному. Видеосигнал может захватываться либо при помощи PCI-карт (метод screen scraping — чтение видеобуфера по шине PCI с учётом режима работы), либо напрямую по DVI (более новый способ). Управление средствами ввода осуществляется путём эмуляции PS/2 либо USB-клавиатуры и мыши. В системах IPMI и Intel AMT обычно используется встроенный VNC-сервер для передачи видеопотока.

Устройства совместного использования компьютера

KVM-переключатели иногда называют устройствами совместного доступа, так как они позволяют нескольким компьютерам совместно использовать одни и те же периферийные устройства. Существуют и обратные устройства — т. н. KVM splitter или реверсивный KVM-переключатель, позволяющие нескольким рабочим местам получить доступ к одному компьютеру. Это встречается реже, но используется, например, в публичных киосках с сервисным терминалом или для организации рабочего места и домашнего развлечения на одном ПК.

См. также

KVM с креплением в стойку

Примечания

↑ Тщательный взгляд на современные KVM-переключатели (A Close Look at Modern Keyboard/Video/Mouse Switching) (англ.). Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 14 марта 2013 года.
↑ Tony DeKerf, Gary D. Davis. The Keyboard/Video Switch White Paper (англ.). Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 14 марта 2013 года.
↑ KVM Switches (англ.). AutoPlay. Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ Cross-Platform Semi-DDM USB KVM device (англ.). J5Create. Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ Technology: USB DDM, DCC, KVMX, DualCoreKVM, FullTime DDC (англ.). ConnectPRO. Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 25 ноября 2020 года.
↑ KVM Switch Selection Guide (англ.). Raritan. Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ How does a KVM switch work? (англ.). Eaton. Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ WHDC: Graphics Guide for Windows 7 (англ.). Microsoft (12 июня 2009). Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ WHDC: Display Guidelines for KVM Switches in Windows 7 (англ.). Microsoft (18 июня 2009). Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ ¹ ² Understanding the Four Categories of KVM Switches - Raritan (англ.). Raritan. Дата обращения: 23 июня 2024.
↑ KVM2USB (англ.). Epiphan. Дата обращения: 23 июня 2024.

[1] Тщательный взгляд на современные KVM-переключатели (A Close Look at Modern Keyboard/Video/Mouse Switching) (англ.). Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 14 марта 2013 года.

[2] Tony DeKerf, Gary D. Davis. The Keyboard/Video Switch White Paper (англ.). Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 14 марта 2013 года.

[3] KVM Switches (англ.). AutoPlay. Дата обращения: 23 июня 2024.

[4] Cross-Platform Semi-DDM USB KVM device (англ.). J5Create. Дата обращения: 23 июня 2024.

[5] Technology: USB DDM, DCC, KVMX, DualCoreKVM, FullTime DDC (англ.). ConnectPRO. Дата обращения: 23 июня 2024. Архивировано 25 ноября 2020 года.

[6] KVM Switch Selection Guide (англ.). Raritan. Дата обращения: 23 июня 2024.

[7] How does a KVM switch work? (англ.). Eaton. Дата обращения: 23 июня 2024.

[W7DisplayGuide-8] WHDC: Graphics Guide for Windows 7 (англ.). Microsoft (12 июня 2009). Дата обращения: 23 июня 2024.

[W7KVMGuidelines-9] WHDC: Display Guidelines for KVM Switches in Windows 7 (англ.). Microsoft (18 июня 2009). Дата обращения: 23 июня 2024.

[understanding-the-four-categories-of-kvm-switches-10] ¹ ² Understanding the Four Categories of KVM Switches - Raritan (англ.). Raritan. Дата обращения: 23 июня 2024.

[11] KVM2USB (англ.). Epiphan. Дата обращения: 23 июня 2024.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]