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选择KVM延伸器—— 重要考虑因素

本指南总体介绍KVM延伸技术并讲解在评估KVM延伸器时需要注意的主要问题。它还着重介绍KVM延伸器在很多应用场合中扮演的重要角色、它的好处、KVM延伸器使用的主要连接器类型及多种传输媒介的特性。

什么是KVM延伸器?
我为什么需要KVM延伸器?
KVM延伸器在哪里使用?
KVM延伸器如何运行?
KVM信号管理
选择KVM延伸器的重要考虑因素
改进计算机和操作人员的环境

什么是KVM延伸器?


键盘、视频、鼠标(KVM)延伸器令用户可以远程使用计算机。一般来讲,KVM延伸器是一套发射器和接收器。KVM发射器与计算机系统连接,采集外设信号(如键盘和鼠标USB信号、音频和视频信号)。这些信号被延伸传输到一个远程的用户站点,这里的显示器、键盘和鼠标由KVM接收器驱动。KVM延伸器克服了HDMI®、DisplayPort™和USB电缆的长度限制,长距离传输这些信号,传输距离为4.5米到几公里远。

KVM延伸器令用户可以远程使用计算机

我为什么需要 KVM延伸器?


KVM延伸器主要用于需要远程控制计算机的场合——包括各种环境。使用KVM延伸器最常见的原因是提高用户操作舒适度和安全性、出于安保和维护方便考虑集中安放设备及进行或改进团队合作。

符合人体工程的工作场所


越来越多的工作场所开始采用KVM延伸器,令工作场所更适合人体工程。产生很多热量和噪声的工作站被移到服务器机房,工作空间更大,环境更舒适。如果用户需要使用超过一台系统,使用KVM延伸技术再加上切换解决方案令桌面更加整洁,因为可使用一套显示器、键盘和鼠标控制多台计算机。

集中安放设备资产及安全性


另一个重要的原因是把设备安放在同一个地点,以简化维护工作并改进安全性。服务器房可以为计算机提供恒温和无尘的运行环境,并保护它们不受环境中的像湿度或盐份这样的腐蚀因素的侵扰。将设备锁在一个服务器房也是一个安全的措施。它限制了能够接触这些设备的人员,防止硬件被盗和关键数据丢失,还有多种好处。

多用户和多地点合作


KVM延伸和切换解决方案在多个用户需要从不同地点(在同一座楼或是通过别的计算机接入)使用同一计算机时是理想的选择。这也令用户可以在显示墙上共享桌面内容,改进团队合作,提高决策效率。

图1:通过LAN延伸传输KVM信号

KVM延伸器在哪里使用?


KVM解决方案用于各行各业的控制室,以改进安全性、人体工程和团队合作,从工业的控制室的军事和国防命令中心、机场管理、运输、紧急调度中心、后期制作、广播、教育和医疗等各种行业。

KVM在各行各业广泛使用

KVM延伸器如何运行?


KVM延伸器包含一对发射器和接收器。发射器放在计算机系统旁边,接收器安放在远程用户站点。两台设备通过铜电缆(如CAT5e)或光纤电缆通讯。

KVM发射单元采集计算机的输入/输出(I/O)信号,最常见的信号为视频、音频和USB控制信号,某些型号还可延伸传输RS232和红外(IR)信号。KVM延伸器编码这些信号,使用专利的或是因特网协议(IP),将它们传输到KVM接收单元,接收单元解码这些信号并驱动外围设备(如显示器、键盘、鼠标和喇叭)。有了IP KVM延伸器,信号可作为网络数据包通过标准网络基础设施传送。

通过KVM延伸器延伸传输信号
图2:通过KVM延伸器延伸传输信号

KVM信号管理


KVM延伸器可作为点到点的设备运行,在这种设置下,一台发射器与一台接收器通讯。它们还可设计为用于KVM矩阵系统,从多个地点接入并控制多个系统。

点到点设置


在点到点KVM设置中,发射器与接收器通过电缆直接连接,远程的接收器可与一台发射器通讯。

点到点KVM延伸
图3:点到点KVM延伸

KVM延伸器与KVM切换器一同使用,可在同一地点控制多台系统。

多点到多点设置


当KVM延伸器与KVM矩阵切换器共同使用,可设计更复杂的信号管理和路由解决方案,令用户可以从多个远程站点接入更多信号源系统。

这些解决方案通常使用专利协议,将信息从A点传输到B点。这意味着来自一个销售商的KVM延伸器将无法与来自其他销售商的KVM矩阵切换器互操作。先进的IP KVM产品可以完成相似的设置,但使用标准网络切换器来代替专利矩阵切换器。

IP KVM


IP KVM产品使用因特网协议在A点和B点之间传输信息,将信号转换为数据包,通过标准网络切换器分配信息。这种技术比起传统KVM延伸技术伸缩性更强。

使用IP KVM进行多点到多点延伸和切换
图4:使用IP KVM进行多点到多点延伸和切换

商用现货(COTS)网络切换器有效地代替了专利和更昂贵的KVM矩阵切换器,使用KVM信号管理软件方便地将任何计算机源信号传输到任何远程站点。这将降低成本并提高标准化程度,因为它最大限度地利用了已经在使用的通用的传输媒介。另外一个优点是可伸缩性。网络的天然特性是可伸缩的,有了IP KVM解决方案,我们不再受矩阵切换器的端口数目限制,用户可以通过添加更多系统和远程用户站点增加系统规模,并轻而易举地扩展KVM网络。

选择KVM延伸器的重要考虑因素


以下是在购买KVM延伸器时的最重要的考虑因素:

确定视频、USB和音频要求


通常来讲,KVM产品的规格严格遵守需要远程接入的外设的规格,如显示器、键盘、鼠标、其他USB或音频设备。

评估视频连接情况和分辨率

早期的KVM延伸器型号支持模拟视频信号(VGA)。但是,这些模拟型号的分辨率和远程支持有限。数字KVM延伸器解决方案有数字视频接口(DVI)、高清多媒体接口(HDMI)和DisplayPort接口,以克服早期模拟型号的限制。

DisplayPort和HDMI是专业工作站图形卡和显示器最常用的视频连接规格。HDMI和DisplayPort参数标准确立了每个版本支持的最高分辨率、要求的带宽和相应的高带宽数字内容保护(HDCP)版本。HDCP是一个硬件加密规格,可保护数字内容不会发送到不符合规格的设备,并防止未授权的内容复制。

分辨率是在显示器上能显示的水平和垂直的像素数(宽x高)。分辨率越高,显示的图片就越清晰细腻。比如,4K UHD分辨率是一种商用标准,支持 3840 x 2160分辨率(显示约4,000像素宽的图像)。与全高清相比(FHD),全高清支持1920 x 1080像素,高清支持1280 x 720像素。查看 KVM延伸器是否可以支持您的显示器和源信号的分辨率。

从图像可看出4K UHD、全高清和高清之间的区别
图5:从图像可看出4K UHD、全高清和高清之间的区别

下表列出最新的DisplayPort和HDMI标准的详情。

表1:最新的DisplayPort和HDMI标准

规格标准 颁布年份
最高分辨率
最高带宽 HDCP版本
DisplayPort 1.1a 2008 2.5kp60
4Kp30
2560x1600 @60Hz
3840x2160 @30Hz
10.8 Gbps 1.1-1.3
DisplayPort 1.2
DisplayPort 1.2 a
2010
2012
4Kp60 3840x2160 @60Hz 21.6 Gbps 1.1-1.3
DisplayPort 1.3 2014 5kp60
8Kp60

5120x2880 @60Hz
7680x4320 @30Hz

32.4 Gbps 2.2
DisplayPort 1.4
2016


8Kp30Hz
8Kp60Hz1
4Kp120Hz

7680x4320 @30Hz
7680x4320 @60Hz1
3840x2160 @120Hz
32.4 Gbps 2.2
HDMI 1.3
HDMI 1.4a/HDMI 1.4b
2006
2010/2011
4Kp30Hz 3840x2160 @30Hz 10.2 Gbps 1.1-1.4
HDMI 2.0
HDMI 2.0a
2013
2015
4Kp60Hz 3840x2160 @60Hz 18 Gbps 2.2
HDMI 2.1 2017 8Kp60Hz
4Kp120Hz


7680x4320 @60Hz
3840x2160 @120Hz

48 Gbps 2.2


从上表中,我们可以看到延伸运行在60Hz的4K UHD显示器信号需要一台支持DisplayPort 1.2(及以上版本)或是HDMI 2.0(及以上版本)视频连接的KVM延伸器。但是,对于2560 x 1600及以下的分辨率,一台与DisplayPort 1.1或 HDMI 1.2兼容的KVM延伸器就可以了。可使用一个转换器将HDMI信号转换成DisplayPort或DVI或是反向转换。

每套系统需要延伸传输的视频信号数目也是需要考虑的因素。高性能KVM延伸器专为支持多显示器系统而设计,无需以降低用户体验为代价。某些型号可以通过一条光纤电缆或是CATx电缆延伸传输最多四路视频信号,降低基础设施成本。

 

高性能KVM延伸器支持四显示器系统
图6:高性能KVM延伸器支持四显示器系统

确保支持USB设备及其他外设

KVM延伸器可以延伸传输多种USB设备信号。虽然键盘和鼠标是主要的 USB设备,但优盘、硬件驱动器或是闪存驱动器及USB音频设备等的信号也可以被延伸传输。

USB设备主要有三大类:

 

  • USB HID设备: USB人机接口设备(HID)是外设USB技术规格的一部分。它规定HID设备的技术参数:如键盘、鼠标、操纵杆、触摸屏和带手写笔的平板电脑。这些设备一般运行在低速率上,传输速度为1.5 Mbps。
  • USB 2.0设备:这类设备包括优盘、通用访问卡(CAC)、音频设备和摄像机。USB 2.0可以最高480 Mbps的速率传输数据。
  • USB 3.0设备: 此类设备包括硬驱和闪存盘。USB 3.0提供最高速率为800 Mbps的数据传输。

USB 2.0和3.0设备可按照它们支持的传输类型进一步分类如下:

  • 批量传输: 它们不会丢失数据,可达到更高的传输速率,因为它们可以利用其他传输操作未使用的带宽,但不能保证最低带宽。进行这类传输的设备包括硬盘驱动器、优盘和触摸屏。
  • 同步传输: 这类传输设备使用固定带宽,以可靠的方式实时传输音频和视频I/O设备信号。音频播放器和摄像机是此类的典型设备。

KVM延伸器有可能支持部分或全部类型的USB设备。要确保KVM延伸器可以处理所有需要的类型的USB和其他外设信号。

USB连接器类型
图7:USB连接器类型

查看对音频设备的支持

大多数KVM延伸器都有多种连接组合,同时支持模拟和数字音频设备。线路输入连接器可用于连接放大的模拟音频信号源,如调音器,而3.5mm插头用于未放大的音频信号,如话筒或是耳机。支持同步数据传输的USB口还可连接数字音频设备或是USB耳麦。DisplayPort和HDMI视频连接器均可将数字嵌入音频从系统送往显示器。

确定基础设施需要

一旦所有信号的连接要求都确定了,下一步就是要查看基础设施要求。需要传输的距离有多长?什么类型的电缆适合这个距离?能使用现有的基础设施吗?还是需要敷设新的电缆?这是关于基础设施所需要考虑的几个重要问题。

确定传输介质:距离和带宽

KVM延伸器通过CATx或是光纤电缆传输信号。电缆类型用于决定连接的带宽及可传输的距离。

CATx电缆和光纤电缆
图8:CATx电缆和光纤电缆
  • CATx—这类电缆是多股铜线扭在一起组成的电缆。每条电缆有四对铜线:两对用于发送数据,两对用于接收数据。数据通过电子信号使用铜电缆发送。CATx电缆经常用于千兆以太网(GigE或GbE)的局域网(LAN)。典型情况是,CAT5e电缆支持最长100米的点到点传输距离。设计IP KVM由于信号经过多台路由器和切换器,能够使用CATx电缆传输的距离更长。

下表列出在点到点设置下支持的最长的传输距离2。IP环境下可以传输更长距离。 .

表2:CATx电缆类型

  CAT5e CAT6 CAT6a CAT7
带宽 1 Gbps 1 Gbps 10 Gbps 10 Gbps
最高频率 100 MHz 250 MHz 500 MHz 600 MHz
最长距离 100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)


  • 光纤这些电缆由纤细的纯光学玻璃组成,可利用光来传输数字信号,而不需要用以太网使用的电子信号,所以不受电磁干扰(EMI)。与CATx电缆相比,在支持的距离内,点到点传输时,光纤电缆还提供量子跳进。比如,光纤SFP+电缆可传输最长达10公里距离。


  • 有两大类光纤电缆:单模光纤和多模光纤。单模光纤电缆使用激光发送信号,比多模光纤电缆要细。多模光纤电缆使用发光二极管(LED)发送信号。多模光纤电缆通常用于较短距离:最长550米。

表3:光纤电缆类型

类别 光纤类型 纤芯/包层 直径 1 Gbps 数据率 10 Gbps 数据率
OM1 多模 (62.5/125 μm) 275 m 33 m
OM2 多模 (50/125 μmm) 550 m 82 m
OM3 多模 (50/125 μm) 550 m 300 m
OM3 多模 (50/125 μm) 550 m 400 m
OS1 单模 (9/125 μm) 5 km 2 km
OS2 单模 (9/125 μm) 5 km 10 km


传输媒介有带宽限制,高分辨率的视频信号必然需要更高带宽。尽管CAT5e电缆的带宽足以支持延伸传输无压缩的1080p60视频信号,分辨率高于1080p60的视频将无法传输,因为它们需要的带宽超过这类电缆支持的范围。比如,无压缩的4K UHD分辨率视频(2160p60)需要最高12 Gbps的带宽,而CATx电缆支持的最高带宽仅为10 Gbps。这个问题的解决方法之一就是KVM延伸器,它通过一定程度的压缩以降低数据大小,以确保数据可以通过可用的带宽传输。如果不使用压缩技术,可使用多条电缆传输,或是使用传输带宽更高的KVM延伸器,两个选择都会增加基础设施费用。

其他重要考虑因素

视应用要求不同,以下为在选择KVM延伸器时其他有可能需要考虑的因素。

性能

对于很多应用来说,高质量画面是最重要的因素。对于桌面应用,选择一个能够保持4:4:4的最佳画面质量,不会因为要降低视频带宽而进行二次色度取样的KVM解决方案,以确保画面上的文字会很清晰,细条细腻。我们期待KVM延伸器还可无缝接入远程系统;键盘和鼠标响应必须精确,操作时就像用户坐在系统旁边一样。

以下画面显示真色彩4:4:4和4:2:0色度二次取样之间的区别。4:2:0画面例子很明显看出4:2:0色度二次取样令文字变得模糊,这种质量对于桌面应用来说是不可以接受的。

 

4:4:4对比4:2:0色度二次取样4:4:4对比4:2:0
点击观看4:4:4与4:2:0对比图


安全性

安全性在评估IP KVM延伸切换解决方案时是重要的考虑因素之一,网络设计和KVM延伸产品在这方面都扮演重要角色。比如,确保IP KVM 产品支持加密并能保护在网络上传输的信息。

改进计算机和操作人员的环境


KVM延伸技术用于改进办公室和工业工作环境。选择KVM延伸器时,评估您的基础设施和工作场所需求,选择安全、灵活的解决方案。 Matrox提供可以无缝地集成到您现有的基础设施的KVM解决方案。


注:

1有DSC(显示流压缩)。
2支持的最长传输距离视KVM延伸器的规格和功能而定





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选择KVM延伸器—— 重要考虑因素