Black Box erklärt: KVM Extender zukünftige Entwicklungen BLACK BOX

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1 White with FC black diamond White with process black diamond Box erklärt: White with 5th black diamond KVM Extender zukünftige Entwicklungen BLACK BOX / blackbox.com black-box.de

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Traditionelle KVM Extender Technologien von gestern bis heute KVM über Glasfasern KVM über CAT-Kabel Technische Feinheit: Der Skew-Effekt bei CAT-Kabeln KVM Extender für digitales Video (DVI) KVM Extender für analoges und digitales Video über TCP/IP... 5 Fazit... 6 Wir kümmern uns! Sollten Sie Frage haben zu den Applikationen, unseren Produkten, oder diesem Whitepaper, sprechen Sie mit dem Box Tech Support: 0811/ oder besuchen Sie black-box.de und klicken Sie auf Talk to a Tech. Wir rufen Sie kostenlos zurück - in Sekundenschnelle. 0811/ black-box.de Seite 2

3 1. Einleitung Im heutigen IT-Zeitalter sind Bildschirmarbeitsplätze an den verschiedensten Orten zu finden, am klassischen Arbeitsplatz im Büro genauso wie in der Industrie zur Maschinensteuerung. Es gibt noch viele weitere Arten von Bildschirmarbeitsplätzen, die aber in der Regel dem Bürobereich zuzuordnen sind (z.b. POS Point of Sale Counter; Arbeitsplätze im Krankenhaus insbesondere Operationssaal, Befundungsraum, Behandlungszimmer). Bei vielen Bildschirmarbeitsplätzen steht der Computer unter dem Schreibtisch. In repräsentativen Bereichen, wie zum Beispiel am Empfang oder Kundencountern in Banken und ähnlichen Beratungsplätzen ist das aber häufig nicht erwünscht. Hier stört der optische Eindruck. In einem Ton- oder Videoschnittstudio mag zum Beispiel das Lüftergeräusch der verwendeten Workstation ein sinnvolles Arbeiten komplett verhindern. Im weitesten Sinne kann man auch einen Geldautomaten als Bildschirmarbeitsplatz ansehen, bei dem es gilt, die Workstation gegen Vandalismus abzusichern. Das sind nur einige Beispiele, die den Wunsch wecken, den Computer in Sicherheit zu bringen oder ein sinnvolles, ergonomisches Arbeiten zu ermöglichen. 2. Traditionelle KVM Extender Technologien von gestern bis heute Anfangs verwendete man zum Absetzen eines Bildschirmarbeitsplatzes einfache Verlängerungskabel. Diese Möglichkeit hat auch heute noch bei kurzen Distanzen Ihre Berechtigung. Dann gab es verschiedene Lösungen, die mittels proprietärer Kabel basierend auf Koaxleitern als KVM (Tastatur/Maus/Monitor) Extender arbeiteten. Diese sind jedoch zwischenzeitlich zugunsten anderer Technologien komplett vom Markt verschwunden. Heute erfolgt die Übertragung über Kupfer- (CATx) oder Glasfaserkabel. Die entscheidenden Auswahlkriterien der verwendeten KVM-Extender sind die gewünschte Auflösung des Videosignals und die zu überbrückende Distanz. Auch wenn die Tastatur- und Maussignale hier nicht näher erwähnt sind, können diese natürlich mit einher übertragen werden. Diese peripheren Signale benötigen nur geringe Bandbreite und sind daher sehr störungsunempfindlich. Das Videosignal jedoch ist die sichtbare und damit bestimmende Komponente. Die Anforderungen an einen KVM-Extender sind stark gestiegen. Anfangs wurden hauptsächlich analoge Videosignale in VGA- Auflösung (640x480) übertragen, während heute SXGA (1280x1024) der Standard am Arbeitsplatz ist. Bei CAD- und Grafik- Arbeitsplätzen werden noch höhere Bildauflösungen verwendet (1920x1200 und höher). Zu beachten ist auch die zunehmende Nutzung von digitalen Videosignalen (DVI) anstelle der herkömmlichen analogen Übertragung. 3. KVM über Glasfasern Wird ein analoges Videosignal über Glasfaser übertragen, wird es in der Regel bei den technisch ausgereiften KVM-Extendern digitalisiert und dann über zwei Glasfasern übertragen. Bei Multimode-Glasfasern (50/125) sind damit Distanzen von bis zu 500 Meter, bei Singlemode bis zu 10 Kilometer überbrückbar. Aufgrund der mit der Digitalisierung verbundenen benötigten Bandbreite, gibt es aber gewisse Einschränkungen wie die Begrenzung der maximalen Auflösung oder die Reduzierung der Framerate (Bilder pro Sekunde) bei hohen Auflösungen. Gerade letzteres führt oft zu ruckelnden Bildern. In Anwendungen mit statischen Bildinhalten, kann das durchaus akzeptabel sein und völlig ausreichen. Für einen Arbeitsplatz, an dem mit Grafiken und bewegten Bildern gearbeitet wird, ist ein solches Verhalten aber völlig unerwünscht. 0811/ black-box.de Seite 3

4 4. KVM über CAT-Kabel IAuch bei der analogen Übertragung über CAT-Kabel treten zunehmend Probleme auf. Statt der vormals üblichen CAT5-Kabel, werden heute paarweise geschirmte CAT7- oder CAT8Kabel verlegt. Die Kabel der höheren Kategorien sind für die Netzwerkübertragung optimiert, nicht aber für die Übermittlung von Videosignalen. Die meisten Anwender setzen die Verwendung eines CAT-Kabels mit einer digitalen Signalübertragung gleich. Das ist ein weit verbreiteter Irrtum. Das CAT-Kabel wird nur als Übertragungsmedium verwendet. Das übertragene Signal ist nach wie vor analog. Das bedeutet es kann nicht über einen Netzwerk-Switch oder über eine dazwischen geschaltete Glasfaserstrecke übertragen werden. Über das erste CAT Paar wird das rote Analogsignal übertragen, über das zweite Paar das blaue Analogsignal, das dritte Paar überträgt das grüne Analogsignal zusammen mit dem Synchronisationssignal (Sync). Das vierte Paar wird für die übrigen Signale wie Tastatur, Maus und sonstiges wie serielle Daten, Audio oder ähnliches verwendet. Die Belegung wie auch die elektrischen Daten, der über CAT-Kabel übertragenen Signale, ist nicht genormt. Es ist daher nicht möglich, die Sender und Empfänger verschiedener Hersteller zu mischen. 4.1 Technische Feinheit: Der Skew-Effekt bei CAT-Kabeln Bei CAT-Kabeln werden zur Verringerung des Übersprechens zwischen den einzelnen Paaren die Adernpaare unterschiedlich stark verdrillt. Durch diese unterschiedlich starke Verdrillung ergibt sich ein Unterschied in der effektiven Kupferlänge der einzelnen Aderpaare. Der Längenunterschied zwischen den einzelnen Adern führt wiederum zu unterschiedlichen Laufzeiten der analogen Farbsignale. Diese Laufzeitunterschiede sind im Datenblatt des Kabels unter dem Begriff Skew zu finden und werden in Nanosekunden angegeben. Der angegebene Wert bezieht sich auf eine Schnittlänge des Kabels von 100m Netzwerksegmentlänge und liegt im Mittel bei 20ns. Bei geringen Kabellängen bzw. Bildauflösungen spielt der Skew-Wert noch keine Rolle. Sobald die Auflösung und/oder die Kabellänge steigt, kann es zu Farbschatten in der Anzeige kommen. Im günstigsten Fall führen die Laufzeitunterschiede nur zu Unschärfen. Im ungünstigsten Fall kommt es zum Farbversatz, der deutlich bei den vertikalen Linien hervortritt. Eine weiße Linie hat dann z.b. einen unerwünschten roten Schatten. Bei paarig geschirmten Kabeln sinken laut Norm die zulässigen Laufzeitunterschiede wieder. Die Praxis hat aber gezeigt, dass es zu kapazitiven Effekten durch die zusätzliche Schirmung kommt, die sich in einer Fähnchenbildung zeigt. Diese kann nur teilweise durch Kompensationseinstellungen in den KVM-Extendern behoben werden. Die maximal erreichbaren Distanzen liegen bei circa 300 Meter. Darüber hinaus können zudem verstärkt elektrische Störungen auftreten. Generell kann man sagen, je höher die gewünschte Auflösung ist, umso geringer ist die erreichbare Distanz. Die höchste Videoqualität wird erreicht, wenn zur Verbindung zwischen Sender und Empfänger des Extenders massives U/UTP oder S/UTP mit einem Adernquerschnitt von mindestens AWG24 verwendet wird. Die analoge Extendertechnik wird zwischenzeitlich auch häufig zusammen mit KVM-Umschaltern verwendet bzw. ist direkt in diese integriert. Durch eine Bedienung des KVM-Umschalters von außerhalb des eigentlichen Serverraumes erhält der Administrator einen komfortablen und ergonomischen Arbeitsplatz ausserhalb des Lärms der Server und der Kälte des klimatisierten Raumes. Zudem spart er sich die Wege zwischen den verschiedenen Servern/Serverräumen. 0811/ black-box.de Seite 4

5 5. KVM Extender für digitales Video (DVI) Aber nicht nur die Anforderungen an die Bildschirmauflösung haben sich geändert, sondern auch die Art des Videosignals. Es wird zunehmend mit digitalen Videosignalen (DVI) gearbeitet. Die Vorteile von DVI liegen auf der Hand. Es entfällt die sonst notwendige Analog-/Digitalwandlung am Monitor und an der Grafikkarte und es gibt aufgrund des digitalen Signals keine sichtbaren Verluste mehr. Ein DVI-Signal benötigt allerdings eine deutlich höhere Bandbreite als ein entsprechendes analoges Videosignal. Damit ergeben sich auch gänzlich andere Anforderungen an die KVM-Extender. Mit herkömmlichen DVI-Kabeln sind laut Norm nur noch fünf Meter überbrückbar. Die Datenrate eines Single Link DVI-Signals liegt bei 3,96GBit/s. Die maximale Auflösung liegt bei 1920x1200. Auch die DVI-Extender gibt es als CAT- und auch als Glasfaservarianten. Da die Bandbreite des DVI-Signals deutlich höher ist als die des CAT-Kabels, wird mit Kompression gearbeitet. Teilweise wird auch die Farbtiefe von 24 Bit auf 21 oder 18 Bit oder die Framerate reduziert. Grafiker können diesen Unterschied in der Farbtiefe feststellen. Für Standardanwendungen ist diese Einbuße nicht relevant. Die Übertragung über CAT-Kabel erfolgt zwar digital, jedoch hat dieses Signal genauso wenig mit TCP/IP zu tun wie bei den analogen KVM-Extendern. Die Übertragung ist proprietär. Die maximale Reichweite über Kupfer liegt bei etwa 140 bis 150 Meter. Glasfaserkabel stellen eine höhere Bandbreite zur Verfügung. Damit sind auch höhere Distanzen für die Übertragung möglich. Das Videosignal wird komprimiert, so dass die eigentliche Übertragung typischerweise mit 1 Gbit/s bzw. 1,25 Gbit/s erfolgt. Es gibt Modelle mit einem 2,5 GBit/s Link, bei denen die Reduktion der Farbtiefe entfällt. Die Glasfaservarianten verwenden üblicherweise 2 Fasern, aber auch Single Fiber ist optional möglich. Zunehmend werden auch PS/2-Tastaturen und Mäuse von den äquivalenten USB-Eingabegeräten verdrängt. Nur wenige KVM- Extender mit USB übertragen das USB-Signal transparent. Viel häufiger wird mit Emulationen gearbeitet, die nur Geräte mit dem USB-HID (Human Interface Device) Standard unterstützen (z.b. MS-Wheelmouse). Multimediatasten auf den Tastaturen oder zusätzliche Maustasten werden dabei nicht oder nur teilweise unterstützt. Es gibt neue Entwicklungen, die DVI unkomprimiert über eine einzige Glasfaser und zusätzlich USB 2.0 völlig transparent übertragen können. (Abbildung SL DVI-D plus USB 2.0 Extender uncompressed) Einen Nachteil gibt es bei den meisten verfügbaren DVI-Extendern. Diese übertragen nur das digitale DVI-D-Signal. Es kann keinerlei analoges Signal (z.b. VGA mit einem Steckadapter) übertragen werden. 6. KVM Extender für analoges und digitales Video über TCP/IP Es gibt für DVI und VGA aber einen flexiblen Extender. Es handelt sich um einen IP-basierten KVM Extender. Dieses Gerät verwendet zur Übertragung kein proprietäres Protokoll oder Signal sondern übertragt das KVM-Signal über Gigabit-Ethernet. Die Übertragung erfolgt über günstiges Kupferkabel und kann jederzeit geroutet oder mittels Gigabit-Switch verlängert werden. Auch ist es möglich, mit einem einfachen Medienkonverter mitten im Übertragungsweg auf Glasfaser zu gehen, falls größere Reichweite oder eine galvanische Trennung erreicht werden soll. 0811/ black-box.de Seite 5

6 Da die Eingänge und Ausgänge als DVI-I ausgelegt sind, können sowohl DVI-D-Signale wie auch VGA-Signale (mit entsprechenden Adaptern) übertragen werden. Falls nötig erfolgt auch eine Konvertierung zwischen digitalen und analogen Ein- und Ausgangssignalen (Abbildung ServSwitch DTX). Um die Flexibilität dieses Systems noch zu steigern, besteht die Möglichkeit, mehrere Extender mittels einer Appliance (Managementserver) zu einer echten frei skalierbaren KVM-Matrix umzukonfigurieren bzw. auszubauen. Natürlich wird dabei nur die bekannte und günstige Übertragungstechnik von Gigabit-Ethernet verwendet. Aufgrund der notwendigen hohen Bandbreite für die Übertragung wird aber nicht empfohlen, den KVM-Datenstrom bei größeren Applikationen über das normale Hausnetz zu übertragen. Einsatzmöglichkeit KVM über TCP/IP in einem Matrixsystem am Beispiel der ServSwitch DTX: Fazit Wie man an diesem kleinen Überblick sehr leicht erkennen kann, gibt es eine fast unüber-schaubare Anzahl von KVM-Extendern auf dem Markt, die für verschiedene Einsatzzwecke mehr oder weniger gut geeignet sind. An einem Arbeitsplatz, über den nur sporadisch auf einen oder mehrere Computer zugegriffen wird, kann man meist mit leichten Unschärfen im Bild leben. Bei einem 24h-Arbeitsplatz ist das nicht tragbar. Eine EMV-belastete Umgebung stellt wieder andere Ansprüche an den Extender als eine Büroumgebung. 0811/ black-box.de Seite 6

7 Wird eine gewisse Bildqualität oder spezielle Funktionen (z.b. transparentes USB) gewünscht, entstehen gewisse Kosten, die bei der Planung oft unterschätzt werden. Auch Kleinigkeiten, wie das DDC-Handling, sind für eine einwandfrei funktionierende KVM- Extension sehr wichtig. Generell empfiehlt es sich vor dem Einsatz bzw. Kauf und eigentlich schon bei der Planung eines KVM-Extenders, die eigenen Bedürfnisse zu prüfen und festzulegen und sich dann von Experten beraten zu lassen. Diese können meist mehrere für den Einsatzzweck geeignete KVM-Extender anbieten und zusammen mit dem Anwender eine Lösung finden, die das beste Preis-/ Leistungsverhältnis bietet. Dipl.-Ing.(FH) Karl Loncarek Key Account Manager Box Deutschland GmbH 0811/ black-box.de Seite 7

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