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選擇KVM延伸器—— 重要考慮因素

本指南總體介紹KVM延伸技術並講解在評估KVM延伸器時需要註意的主要問題。它還著重介紹KVM延伸器在很多應用場合中扮演的重要角色、它的好處、KVM延伸器使用的主要連接器類型及多種傳輸媒介的特性。

什麽是KVM延伸器?
我為什麽需要KVM延伸器?
KVM延伸器在哪裡使用?
KVM延伸器如何運行?
KVM訊號管理
選擇KVM延伸器的重要考慮因素
改進計算機和操作人員的環境

什麽是KVM延伸器?


鍵盤、視訊、滑鼠(KVM)延伸器令用戶可以遠程使用計算機。一般來講,KVM延伸器是一套發射器和接收器。KVM發射器與計算機系統連接,采集外設訊號(如鍵盤和滑鼠USB訊號、音訊和視訊訊號)。這些訊號被延伸傳輸到一個遠程的用戶站點,這裡的顯示器、鍵盤和滑鼠由KVM接收器驅動。KVM延伸器克服了HDMI®、DisplayPort™和USB電纜的長度限制,長距離傳輸這些訊號,傳輸距離為4.5米到幾公里遠。

KVM延伸器令用戶可以遠程使用計算機

我為什麽需要 KVM延伸器?


KVM延伸器主要用於需要遠程控制計算機的場合——包括各種環境。使用KVM延伸器最常見的原因是提高用戶操作舒適度和安全性、出於安保和維護方便考慮集中安放設備及進行或改進團隊合作。

符合人體工程的工作場所


越來越多的工作場所開始采用KVM延伸器,令工作場所更適合人體工程。產生很多熱量和噪聲的工作站被移到伺服器機房,工作空間更大,環境更舒適。如果用戶需要使用超過一臺系統,使用KVM延伸技術再加上切換解決方案令桌面更加整潔,因為可使用一套顯示器、鍵盤和滑鼠控制多臺計算機。

集中安放設備資產及安全性


另一個重要的原因是把設備安放在同一個地點,以簡化維護工作並改進安全性。伺服器房可以為計算機提供恒溫和無塵的運行環境,並保護它們不受環境中的像濕度或鹽份這樣的腐蝕因素的侵擾。將設備鎖在一個伺服器房也是一個安全的措施。它限制了能夠接觸這些設備的人員,防止硬體被盜和關鍵數據丟失,還有多種好處。

多用戶和多地點合作


KVM延伸和切換解決方案在多個用戶需要從不同地點(在同一座樓或是通過別的計算機接入)使用同一計算機時是理想的選擇。這也令用戶可以在顯示墻上共享桌面內容,改進團隊合作,提高決策效率。

圖1:通過LAN延伸傳輸KVM訊號

KVM延伸器在哪裡使用?


KVM解決方案用於各行各業的控制室,以改進安全性、人體工程和團隊合作,從工業的控制室的軍事和國防命令中心、機場管理、運輸、緊急調度中心、後期制作、廣播、教育和醫療等各種行業。

KVM在各行各業廣泛使用

KVM延伸器如何運行?


KVM延伸器包含一對發射器和接收器。發射器放在計算機系統旁邊,接收器安放在遠程用戶站點。兩臺設備通過銅電纜(如CAT5e)或光纖電纜通訊。

KVM發射單元采集計算機的輸入/輸出(I/O)訊號,最常見的訊號為視訊、音訊和USB控制訊號,某些型號還可延伸傳輸RS232和紅外(IR)訊號。KVM延伸器編碼這些訊號,使用專利的或是因特網協議(IP),將它們傳輸到KVM接收單元,接收單元解碼這些訊號並驅動外圍設備(如顯示器、鍵盤、滑鼠和喇叭)。有了IP KVM延伸器,訊號可作為網路數據包通過標準網路基礎設施傳送。

通過KVM延伸器延伸傳輸訊號
圖2:通過KVM延伸器延伸傳輸訊號

KVM訊號管理


KVM延伸器可作為點到點的設備運行,在這種設置下,一臺發射器與一臺接收器通訊。它們還可設計為用於KVM矩陣系統,從多個地點接入並控制多個系統。

點到點設置


在點到點KVM設置中,發射器與接收器通過電纜直接連接,遠程的接收器可與一臺發射器通訊。

點到點KVM延伸
圖3:點到點KVM延伸

KVM延伸器與KVM切換器一同使用,可在同一地點控制多臺系統。

多點到多點設置


當KVM延伸器與KVM矩陣切換器共同使用,可設計更復雜的訊號管理和路由解決方案,令用戶可以從多個遠程站點接入更多訊號源系統。

這些解決方案通常使用專利協議,將資訊從A點傳輸到B點。這意味著來自一個銷售商的KVM延伸器將無法與來自其他銷售商的KVM矩陣切換器互操作。先進的IP KVM產品可以完成相似的設置,但使用標準網路切換器來代替專利矩陣切換器。

IP KVM


IP KVM產品使用因特網協議在A點和B點之間傳輸資訊,將訊號轉換為數據包,通過標準網路切換器分配資訊。這種技術比起傳統KVM延伸技術伸縮性更強。

使用IP KVM進行多點到多點延伸和切換
圖4:使用IP KVM進行多點到多點延伸和切換

商用現貨(COTS)網路切換器有效地代替了專利和更昂貴的KVM矩陣切換器,使用KVM訊號管理軟體方便地將任何計算機源訊號傳輸到任何遠程站點。這將降低成本並提高標準化程度,因為它最大限度地利用了已經在使用的通用的傳輸媒介。另外一個優點是可伸縮性。網路的天然特性是可伸縮的,有了IP KVM解決方案,我們不再受矩陣切換器的端口數目限制,用戶可以通過添加更多系統和遠程用戶站點增加系統規模,並輕而易舉地擴展KVM網路。

選擇KVM延伸器的重要考慮因素


以下是在購買KVM延伸器時的最重要的考慮因素:

確定視訊、USB和音訊要求


通常來講,KVM產品的規格嚴格遵守需要遠程接入的外設的規格,如顯示器、鍵盤、滑鼠、其他USB或音訊設備。

評估視訊連接情況和解析度

早期的KVM延伸器型號支持類比視訊訊號(VGA)。但是,這些類比型號的解析度和遠程支持有限。數位KVM延伸器解決方案有數位視訊接口(DVI)、高清多媒體接口(HDMI)和DisplayPort接口,以克服早期類比型號的限制。

DisplayPort和HDMI是專業工作站顯示卡和顯示器最常用的視訊連接規格。HDMI和DisplayPort參數標準確立了每個版本支持的最高解析度、要求的帶寬和相應的高帶寬數位內容保護(HDCP)版本。HDCP是一個硬體加密規格,可保護數位內容不會發送到不符合規格的設備,並防止未授權的內容復制。

解析度是在顯示器上能顯示的水平和垂直的像素數(寬x高)。解析度越高,顯示的圖片就越清晰細膩。比如,4K UHD解析度是一種商用標準,支持 3840 x 2160解析度(顯示約4,000像素寬的圖像)。與全高清相比(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顯示器和源訊號的解析度。

從圖像可看出4K UHD、全高清和高清之間的區別
圖5:從圖像可看出4K UHD、全高清和高清之間的區別

下表列出最新的DisplayPort和HDMI標準的詳情。

表1:最新的DisplayPort和HDMI標準

規格標準 頒布年份
最高解析度
最高帶寬 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


從上表中,我們可以看到延伸運行在60Hz的4K UHD顯示器訊號需要一臺支持DisplayPort 1.2(及以上版本)或是HDMI 2.0(及以上版本)視訊連接的KVM延伸器。但是,對於2560 x 1600及以下的解析度,一臺與DisplayPort 1.1或 HDMI 1.2相容的KVM延伸器就可以了。可使用一個轉換器將HDMI訊號轉換成DisplayPort或DVI或是反向轉換。

每套系統需要延伸傳輸的視訊訊號數目也是需要考慮的因素。高性能KVM延伸器專為支持多顯示器系統而設計,無需以降低用戶體驗為代價。某些型號可以通過一條光纖電纜或是CATx電纜延伸傳輸最多四路視訊訊號,降低基礎設施成本。

 

高性能KVM延伸器支持四顯示器系統
圖6:高性能KVM延伸器支持四顯示器系統

確保支持USB設備及其他外設

KVM延伸器可以延伸傳輸多種USB設備訊號。雖然鍵盤和滑鼠是主要的 USB設備,但優盤、硬體驅動器或是閃存驅動器及USB音訊設備等的訊號也可以被延伸傳輸。

USB設備主要有三大類:

 

  • USB HID設備: USB人機接口設備(HID)是外設USB技術規格的一部分。它規定HID設備的技術參數:如鍵盤、滑鼠、操縱桿、觸摸屏和帶手寫筆的平板電腦。這些設備一般運行在低速率上,傳輸速度為1.5 Mbps。
  • USB 2.0設備:這類設備包括優盤、通用訪問卡(CAC)、音訊設備和攝像機。USB 2.0可以最高480 Mbps的速率傳輸數據。
  • USB 3.0設備: 此類設備包括硬驅和閃存盤。USB 3.0提供最高速率為800 Mbps的數據傳輸。

USB 2.0和3.0設備可按照它們支持的傳輸類型進一步分類如下:

  • 批量傳輸: 它們不會丟失數據,可達到更高的傳輸速率,因為它們可以利用其他傳輸操作未使用的帶寬,但不能保證最低帶寬。進行這類傳輸的設備包括硬盤驅動器、優盤和觸摸屏。
  • 同步傳輸: 這類傳輸設備使用固定帶寬,以可靠的方式實時傳輸音訊和視訊I/O設備訊號。音訊播放器和攝像機是此類的典型設備。

KVM延伸器有可能支持部分或全部類型的USB設備。要確保KVM延伸器可以處理所有需要的類型的USB和其他外設訊號。

USB連接器類型
圖7:USB連接器類型

查看對音訊設備的支持

大多數KVM延伸器都有多種連接組合,同時支持類比和數位音訊設備。線路輸入連接器可用於連接放大的類比音訊訊號源,如調音器,而3.5mm插頭用於未放大的音訊訊號,如話筒或是耳機。支持同步數據傳輸的USB口還可連接數位音訊設備或是USB耳麥。DisplayPort和HDMI視訊連接器均可將數位嵌入音訊從系統送往顯示器。

確定基礎設施需要

一旦所有訊號的連接要求都確定了,下一步就是要查看基礎設施要求。需要傳輸的距離有多長?什麽類型的電纜適合這個距離?能使用現有的基礎設施嗎?還是需要敷設新的電纜?這是關於基礎設施所需要考慮的幾個重要問題。

確定傳輸介質:距離和帶寬

KVM延伸器通過CATx或是光纖電纜傳輸訊號。電纜類型用於決定連接的帶寬及可傳輸的距離。

CATx電纜和光纖電纜
圖8:CATx電纜和光纖電纜
  • CATx—這類電纜是多股銅線扭在一起組成的電纜。每條電纜有四對銅線:兩對用於發送數據,兩對用於接收數據。數據通過電子訊號使用銅電纜發送。CATx電纜經常用於千兆以太網(GigE或GbE)的局域網(LAN)。典型情況是,CAT5e電纜支持最長100米的點到點傳輸距離。設計IP KVM由於訊號經過多臺路由器和切換器,能夠使用CATx電纜傳輸的距離更長。

下表列出在點到點設置下支持的最長的傳輸距離2。IP環境下可以傳輸更長距離。 .

表2:CATx電纜類型

  CAT5e CAT6 CAT6a CAT7
帶寬 1 Gbps 1 Gbps 10 Gbps 10 Gbps
最高頻率 100 MHz 250 MHz 500 MHz 600 MHz
最長距離 100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)
100 m
(328 ft)


  • 光纖這些電纜由纖細的純光學玻璃組成,可利用光來傳輸數位訊號,而不需要用以太網使用的電子訊號,所以不受電磁幹擾(EMI)。與CATx電纜相比,在支持的距離內,點到點傳輸時,光纖電纜還提供量子跳進。比如,光纖SFP+電纜可傳輸最長達10公里距離。


  • 有兩大類光纖電纜:單模光纖和多模光纖。單模光纖電纜使用激光發送訊號,比多模光纖電纜要細。多模光纖電纜使用發光二極管(LED)發送訊號。多模光纖電纜通常用於較短距離:最長550米。

表3:光纖電纜類型

類別 光纖類型 纖芯/包層 直徑 1 Gbps 數據率 10 Gbps 數據率
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 單模 (9/125 μm) 5 km 2 km
OS2 單模 (9/125 μm) 5 km 10 km


傳輸媒介有帶寬限制,高解析度的視訊訊號必然需要更高帶寬。盡管CAT5e電纜的帶寬足以支持延伸傳輸無壓縮的1080p60視訊訊號,解析度高於1080p60的視訊將無法傳輸,因為它們需要的帶寬超過這類電纜支持的範圍。比如,無壓縮的4K UHD解析度視訊(2160p60)需要最高12 Gbps的帶寬,而CATx電纜支持的最高帶寬僅為10 Gbps。這個問題的解決方法之一就是KVM延伸器,它通過一定程度的壓縮以降低數據大小,以確保數據可以通過可用的帶寬傳輸。如果不使用壓縮技術,可使用多條電纜傳輸,或是使用傳輸帶寬更高的KVM延伸器,兩個選擇都會增加基礎設施費用。

其他重要考慮因素

視應用要求不同,以下為在選擇KVM延伸器時其他有可能需要考慮的因素。

性能

對於很多應用來說,高質量畫面是最重要的因素。對於桌面應用,選擇一個能夠保持4:4:4的最佳畫面質量,不會因為要降低視訊帶寬而進行二次色度取樣的KVM解決方案,以確保畫面上的文字會很清晰,細條細膩。我們期待KVM延伸器還可無縫接入遠程系統;鍵盤和滑鼠響應必須精確,操作時就像用戶坐在系統旁邊一樣。

以下畫面顯示真色彩4:4:4和4:2:0色度二次取樣之間的區別。4:2:0畫面例子很明顯看出4:2:0色度二次取樣令文字變得模糊,這種質量對於桌面應用來說是不可以接受的。

 

4:4:4對比4:2:0色度二次取樣4:4:4對比4:2:0
點擊觀看4:4:4與4:2:0對比圖


安全性

安全性在評估IP KVM延伸切換解決方案時是重要的考慮因素之一,網路設計和KVM延伸產品在這方面都扮演重要角色。比如,確保IP KVM 產品支持加密並能保護在網路上傳輸的資訊。

改進計算機和操作人員的環境


KVM延伸技術用於改進辦公室和工業工作環境。選擇KVM延伸器時,評估您的基礎設施和工作場所需求,選擇安全、靈活的解決方案。 Matrox提供可以無縫地集成到您現有的基礎設施的KVM解決方案。


註:

1有DSC(顯示流壓縮)。
2支持的最長傳輸距離視KVM延伸器的規格和功能而定





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選擇KVM延伸器—— 重要考慮因素