White with FC black diamond White with process black diamond Box erklärt: White with 5th black diamond KVM Switching mit echter Emulation BLACK BOX KVM Switching mit transparenter und zuverlässiger Technologie 724-746-5500 0811/5541-110 blackbox.com black-box.de
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung...3 2., die starke Kraft für Verbindungen...3 3. Enumeriertes (zählendes) KVM Switching...3 3.1 Was ist eine Enumeration?...4 4. Emuliertes (nachgebildetes) KVM Switching...5 5. KVM Switching mit echter Emulation...6 Wir kümmern uns! Sollten Sie Frage haben zu den Applikationen, unseren Produkten, oder diesem Whitepaper, sprechen Sie mit dem Box Tech Support: 0811/5541-110 oder besuchen Sie black-box.de und klicken Sie auf Talk to a Tech. Wir rufen Sie kostenlos zurück - in Sekundenschnelle. 0811/5541-110 black-box.de Seite 2
1. Einleitung Erinnern Sie sich an die guten alten Tage? Für Reisen mit dem Auto benötigte man eine Strassenkarte statt eines GPS-Navigators, Handys waren viel zu gross, um sie zu verlieren und eine Taste an Ihrem KVM Switch schaltete Sie auf den verbundenen nächsten Rechner auf eine Art und Weise, die eher dem Zeitalter der Dampfmaschinen als der Silicon Aera entsprach. Seitdem haben sich Computer bezüglich Geschwindigkeit und Ansprüchen extrem weiter entwickelt. Gleiches trifft auch auf die Computer Peripherie zu. Folglich wurden auch die KVM (Tastatur/Maus/Monitor) Umschalter kontinuierlich weiter entwickelt, um den neuen Anforderungen gerecht zu werden. Eine Problemstellung war lange Zeit eine besonders harte Nuss zum Knacken: Wie schaltet man zwischen Geräten transparent und verlässlich um? Die Schwierigkeit dabei ist, dass, äusserlich betrachtet, als eine einfache Technologie erscheint, unter der Oberfläche verbergen sich aber mehr und komplexere Abläufe als man erwartet. Diese Abläufe verursachen viele Fragestellungen, für die es die unterschiedliche Lösungen gibt. 2., die starke Kraft für Verbindungen Seit seiner Einführung 1995, hat sich der (Universal Serial Bus) Standard als erfolgreiche Lösung eines gravierenden Problems bestätigt. bietet einen wirklich einfachen Weg, um unterschiedlichste Geräte kompatibel miteinander zu verbinden. Vor der Einführung von, boten die rückwärtigen Anschlüsse am einen Querschnitt durch die Geschichte: Parallele Druckerports lagen neben seriellen Ports; Tastatur und Maus drängelten sich um den Joystick-Eingang und SCSISchnittstellen konkurrierten mit FireWire Verbindungen. Innen sah es nicht besser aus. Es gab eine endlose Reihe von Software Treibern und Applikationen, und jede der Schnittstellen war bereits bis an Ihre Grenzen ausgelastet. Apple Mac Computer erzählten in den 90iger Jahren eine ähnliche Geschichte, wenn auch ein weinig besser koordiniert durch den Erzeuger. war und ist die ganzheitliche Lösung für alle diese Probleme. Dieser Standard hat sich durchgesetzt, weil er vielfach unterstützt wird, schnell (in der Version 2.0) und einfach anzuwenden ist. Die einfache Anwendbarkeit beruht auf harter Arbeit im Hintergrund. Dort ermöglichen eine ganze Reihe sorgfältig definierter Prozesse, dass ein Gerät mit dem Computer koordiniert zusammenarbeitet. 3. Enumeriertes (zählendes) KVM Switching Die frühesten Versuche -Geräte umzuschalten, hielten sich aus der Technologie selbst heraus. Sie sind das elektronische Äquivalent zu den frühen KVM Switches mit mechanischer Umschalttaste ohne jede Intelligenz. Der Name leitet sich aus dem Anmeldeprozess (Enumerierung) ab, den jedes Gerät durchläuft, wenn es mit einem Computer verbunden wird. Enumerierte Switche tragen diesen Namen, da die verbundenen -Geräte nach jedem Umschalten wieder den gesa- 0811/5541-110 black-box.de Seite 3
mten Anmeldeprozess durchlaufen, so als ob sie entfernt und wiederum neu angeschlossen wurden. Enumerierte Switche leiten einfach alle Signale zwischen Gerät und Computer durch ohne den Versuch einer Dateninterpretation. Das hat sowohl Vor- als auch Nachteile, je nachdem welches -Gerät verbunden ist. Bei den meisten Geräten ist es ein Vorteil, denn so ermöglicht der Switch dem Gerät und dem Computer ihre gewohnten Abläufe ohne Einmischung oder gar Leistungsminderung. Der Nachteil wird dann offensichtlich, wenn -Tastaturen oder -Mäuse nicht mehr zum Umschalten zwischen den Rechnern verwendet werden können. Diese schnelle und einfache Umschaltmethode wird aber von den meisten Anwendern erwartet, insbesondere bei der Verwendung spezieller -Geräte oder besonderer Betriebssysteme.Die Schwierigkeit dabei ist, dass, äusserlich betrachtet, als eine einfache Technologie erscheint, unter der Oberfläche verbergen sich aber mehr und komplexere Abläufe als man erwartet. Diese Abläufe verursachen viele Fragestellungen, für die es die unterschiedliche Lösungen gibt. Innenansicht eines typischen enumerierten Switches. KEYBOARD MOUSE Tastatur und Maus sind mit einem Hub verbunden, der beide über einen einfachen elektronischen Umschalter dem gewählten Computer zuteilt. Die nächste Herausforderung bestand folglich darin, einen zuverlässigen Switch zu schaffen, der die angeschlossenen -Gerät versteht würde. 1 2 3 4 3.1 Was ist eine Enumeration? Die Schnittstelle wurde von vorn herein so entworfen, dass die unterschiedlichsten Geräte jederzeit mit einem Computer verbunden oder vom ihm getrennt werden können. Ein kritischer Teil bei diesen Prozessen ist die Enumeration. Wenn ein Gerät angeschlossen wird, stellt es sich dem Host Computer zuerst vor. Der Host Computer weist dann dem Gerät eine eigene Erkennungs-nummer zu, die zwischen 1 und 127 liegt. Dieser Vorgang dauert zwischen einer und sieben Sekunden (abhängig von der Anzahl der verbundenen Geräte und dem Betriebssystem). Der Vorgang muss jedes Mal wie- 0811/5541-110 black-box.de Seite 4
derholt werden, wenn ein Gerät mit dem Host verbunden wird selbst wenn es erst kurz davor getrennt wurde. 4. Emuliertes (nachgebildetes) KVM Switching Die Kontrolle über das KVM Switching mittels Tastatur und Maus wurde schon vor vielen Jahren perfektioniert, allerdings gilt dies nur für PS/2 Geräte. Deren Datenströme sind einfach aufgebaut, lassen sich leicht lesen und die Informationen für die Switchingkontrolle sind schnell herausgefildert, bevor die verbleibenden Daten dem Rechner übermittelt werden. Den gleichen Prozess für Datenströme zu erreichen, war extrem schwierig, da der Standard und seine Signale viel komplexer aufgebaut sind. Letztendlich wurde auch dieses Problem gelöst. Das Ergebnis sind KVM Switche mit emuliertem. Wie der Name schon sagt, werden die Charakteristiken der verbundenen Geräte nachgebildet (emuliert), sobald die Switching Information aus dem Datenstrom entfernt ist. Ein schöner Nebeneffekt dieser Technik ist, dass dem Rechner auf diese Weise vorgetäuscht werden kann, dass ein Gerät permanent mit ihm verbunden ist. Also auch dann, wenn das Gerät tatsächlich gerade auf einen anderen Rechner geschaltet ist. Der Enumerationsprozess (Anmeldung) der verbundenen Geräte erfolgt jetzt nur noch ein einziges Mal beim Einschalten. Danach sieht der Rechner lediglich ruhende Geräte, wenn Tastatur und Maus für einen anderen Rechern aktiv sind. Die emulierten KVM Switche gleichen viele Defizite der enumerierten Switche aus. Dennoch ist auch Ihr Betrieb einer grossen Beschränkung unterworfen. Offen bleibt die komplexe Aufgabe, die Identität eines Gerätes dynamisch zu erkennen, seine vollständige Charateristik an alle Rechner zu übermitteln und alle notwendigen Signale, Zustände und Prozesse während des Betriebes aufrecht zu erhalten. Daher haben die meisten Hersteller zu dem Trick gegriffen, dem Switchingsystem ein festgelegtes Tastatur- und Mausprofil vorzugeben, völlig unabhängig von den tatsächlich angeschlossenen Geräten. Diese Vorgabe verhindert aber die Ausführung von speziellen Tastatur- und Mausfunktionen, die die Standardausführung übertreffen. Tastatur und Maus sind mit einem Host Controller (fortschrittlicher Hub) verbunden, dieser wiederum mit einem Mikroprozessor, der die Datenerfassung und das Switching ausführt. Die aktive Verbindung wird dann über einen Peripherie Controller auf den gewählten Rechner geschaltet. Innenansicht eines typischen emulierten Switches (siehe nachstehende Grafik). 0811/5541-110 black-box.de Seite 5
KEYBOARD MOUSE HOST CONTROLLER CPU 1 2 3 4 5. KVM Switching mit echter Emulation Lange wurde nach einer Lösung geforscht, die die Beschränkungen des emulierten aufhebt und Tastaturen und Mäuse mit Mehrfunk-tionen unterstützt. Das stolze Ergebnis sind KVM Switches mit echter Emulation. Echte Emulation erlaubt zum ersten Mal die vollständige Nachbildung der Tastatur- und Maus-Identität an allen verbundenen Rechnern. Dadurch werden auch Tastaturen mit Sondertasten sowie Mäuse mit speziellen Funktionen von jedem verbundenen Rechner zu 100% unterstützt. Die nicht gewählten Rechner sehen weiterhin die Identität von Tastatur und Maus, so dass kein Enumerationsprozess bei einer erneuten Aufschaltung erforderlich ist. So wird nicht nur die Umschaltgeschwindigkeit erhöht, auch die Zuverlässigkeit steigt, da Verbindungen während des Enumerationsprozesses am anfälligsten sind. Für die KVM Switches mit echter Emulation von Box wurden zudem spezielle Hochgeschwindigkeits-Schaltkreise entwickelt, die die vielen neuen Aufgaben leicht bewältigen können. Diese sogenannten Emulations-Motoren sind nicht nur für die vollständige Emulation der Identität aller Geräte zuständig, sie interpretieren auch die Datenströme von Tastatur und Maus. Das Ergebnis ist eine vollständige und schnelle Kontrolle über das Switchingsystem mittels Hotkey (Tastaturbefehl), der dritten Maustaste oder dem Mausrad. Für lokale Installationen mag dieser Vorteil nur eine nette Arbeitserleichterung sein, für KVM Switching über TCP/IP-Verbindungen sind diese Kontrollfunktionen aber eine absolute Notwendigkeit. 0811/5541-110 black-box.de Seite 6
Während der Entwicklung stellte sich heraus, dass die echte Emulation von Tastatur und Maus für andere -Geräte häufig nicht erforderlich ist. Daher befinden sich in unseren neuen KVM Switches auch ein oder zwei enumerierte Schaltkreise (im Diagramm links grün gekennzeichnet) neben den Schaltkreisen mit echter Emulation (im Diagram blau gezeichnet). Die enumerierten Geräte können mit voller 2.0 Geschwindigkeit ohne Beeinträchtigung arbeiten. Zudem profitieren die enumerierten Geräte von den gemeinsam genutzen Hubs des echten Emulationssystems. Da ihre Schnittstelle direkt und permanent mit jedem Computer verbunden ist, werden die ruhenden Verbindungen stabilisiert und Fehler treten beim Enumerationsprozess seltener auf. Die duale Switching Anordung führt zu höherer Flexibilität, weil die enumerierten und echt emultierten Bereiche entweder gemeinsam oder aber auch unabhängig von einander geschaltet werden können. Je nach Bedarf können damit verschiedene Peripheriegeräte mit unterschiedlichen Rechnern zur selben Zeit arbeiten. Innenansicht eines echten emulierten Switches. KEYBOARD MOUSE OTHER DEVICE Der echt emulierte, blau gekennzeichnete Bereich verarbeitet nur Tastatur und Maus. Der Bereich wird vom Emulationsmotor gesteuert, der wiederum eng mit den -Hubs zusammenarbeitet. Die Aufgabe der Hubs ist die Aufrechterhaltung aller Rechnerverbindungen. HOST CONTROLLER Die grüne enumerierte Sektion des Switches verarbeitet die übrigen Geräte und nutzt ebenso die Hubs zur Verbindung mit den Rechnern. EMULATION ENGINE 1 2 3 4 0811/5541-110 black-box.de Seite 7