馬開(kāi)春

在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，KVM早就不是什么新鮮概念，它是鍵盤(pán)（Keyboard）、顯示器（Video）、鼠標(biāo)（Mouse）的縮寫(xiě)。KVM技術(shù)的核心思想是：通過(guò)適當(dāng)?shù)逆I盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器的配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的集中管理，提高系統(tǒng)的可管理性，提高系統(tǒng)管理員的工作效率；節(jié)約機(jī)房的面積，降低網(wǎng)絡(luò)工程和服務(wù)器系統(tǒng)的總體擁有成本；避免使用多顯示器產(chǎn)生的輻射，營(yíng)建健康環(huán)保的機(jī)房。

利用KVM多主機(jī)切換系統(tǒng)，系統(tǒng)管理員可以通過(guò)一套鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、顯示器在多個(gè)不同操作系統(tǒng)的主機(jī)或服務(wù)器之間進(jìn)行切換并實(shí)施管理。

隨著坐席管理概念的興起，KVM也被越來(lái)越多地在我們專(zhuān)業(yè)音視頻行業(yè)被討論到。那么，KVM是怎么使用的，如何進(jìn)行信號(hào)管理，怎樣才能選擇到何時(shí)的KVM系統(tǒng)。在這篇文章中，我們想把這些問(wèn)題簡(jiǎn)單化，與大家一一討論。

什么是KVM擴(kuò)展器

鍵盤(pán)，視頻和鼠標(biāo)（KVM）擴(kuò)展器使用戶(hù)可以遠(yuǎn)程操作計(jì)算機(jī)。通常，它是由發(fā)射器和接收器設(shè)備組成。KVM發(fā)送器單元連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并捕獲外圍信號(hào)，如用于鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，音頻和視頻的USB。這些信號(hào)被擴(kuò)展到遠(yuǎn)程用戶(hù)站，其中監(jiān)視器，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)由KVM接收器單元供電。KVM擴(kuò)展器克服了HDMI，DisplayPort和USB電纜的距離限制，并將這些信號(hào)傳輸?shù)骄嚯x系統(tǒng)15英尺甚至幾英里的任何地方。

那么，我們?cè)谑裁磿r(shí)候需要用到KVM擴(kuò)展器呢？其實(shí)，需要遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)的任何應(yīng)用中，都可以使用KVM擴(kuò)展器。在各領(lǐng)域應(yīng)用中，大家使用KVM延長(zhǎng)器的目的各異，但最常見(jiàn)的需求是改善用戶(hù)舒適性體驗(yàn)和系統(tǒng)安全性，使得設(shè)備集中化管理后，有利于系統(tǒng)安全保障、易于維護(hù)，還能改善用戶(hù)在應(yīng)用中的協(xié)同體驗(yàn)。

符合人體工程學(xué)的工作場(chǎng)所

越來(lái)越多的工作場(chǎng)所都開(kāi)始采用KVM擴(kuò)展器來(lái)創(chuàng)建更符合人體工程學(xué)的工作環(huán)境。有了KVM擴(kuò)展器，可以將產(chǎn)生熱量和噪音的工作站移走并將其放置在服務(wù)器機(jī)房中，以釋放更多的空間并改善工作環(huán)境。當(dāng)用戶(hù)需要在多個(gè)系統(tǒng)上工作時(shí)，使用帶切換解決方案的KVM擴(kuò)展系統(tǒng)可以整理并優(yōu)化桌面空間，因?yàn)槭褂靡唤M顯示器，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)就可以控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)。

資產(chǎn)和安全的集中化管理

另一個(gè)重要原因是將設(shè)備集中在一個(gè)位置，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)維護(hù)的同時(shí)一并提高了整體安全性。服務(wù)器機(jī)房為計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)適宜的溫度控制和無(wú)塵環(huán)境，并保護(hù)設(shè)備免受環(huán)境中如潮濕或鹽分的腐蝕性元素的影響。將設(shè)備鎖定在服務(wù)器機(jī)房中有利于系統(tǒng)安全措施的管理，限制了對(duì)設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)，并防止了硬件篡改行為和關(guān)鍵信息被盜，對(duì)系統(tǒng)安全來(lái)說(shuō)可謂好處多多。

多用戶(hù)和多站點(diǎn)協(xié)作

當(dāng)不同用戶(hù)需要訪(fǎng)問(wèn)同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，以在在同一建筑物內(nèi)或校園內(nèi)不同位置協(xié)同工作時(shí)，KVM擴(kuò)展和交換解決方案是理想的選擇，這使得用戶(hù)能夠在視頻墻上共享桌面進(jìn)行可視化協(xié)作，提高團(tuán)隊(duì)合作效率和決策制定。

KVM擴(kuò)展器在哪里使用？

KVM解決方案在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用范圍都很廣，從工業(yè)控制室到軍事和國(guó)防指揮中心、機(jī)場(chǎng)管理、運(yùn)輸、急調(diào)度中心、后期制作、廣播、教育和醫(yī)療保健無(wú)處不在，控制室應(yīng)用中也非常普遍，其使用大幅提高了系統(tǒng)安全性，改善了更符合人體工程學(xué)和協(xié)作的工作方式。

KVM擴(kuò)展器如何工作？

KVM擴(kuò)展器由發(fā)送器和接收器組成。發(fā)射器單元位于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)旁邊，接收器單元位于遠(yuǎn)程用戶(hù)站，這些設(shè)備通過(guò)銅纜（如CAT5e）或光纖布線(xiàn)相互通信。

KVM發(fā)射器單元捕獲來(lái)自計(jì)算機(jī)的輸入/輸出（I/O）信號(hào)，而最常見(jiàn)的信號(hào)是視頻、音頻和USB，某些型號(hào)還擴(kuò)展了RS232和紅外（IR）信號(hào)。KVM擴(kuò)展器對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行編碼，并使用專(zhuān)有或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將它們傳輸?shù)終VM接收器單元，KVM接收器單元再對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解碼并為遠(yuǎn)程外圍設(shè)備（如顯示器，鍵盤(pán)，鼠標(biāo)和揚(yáng)聲器）供電。有了IP KVM擴(kuò)展器，信息就可以作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)組包在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行傳輸。

KVM信號(hào)管理

KVM擴(kuò)展器可以作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的設(shè)備運(yùn)行，負(fù)責(zé)單個(gè)發(fā)送器單元與單個(gè)接收器單元通信。它還支持KVM矩陣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以從多個(gè)位置訪(fǎng)問(wèn)和控制多個(gè)系統(tǒng)。

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)KVM配置中，發(fā)射器單元通過(guò)線(xiàn)纜直接連接到接收器單元，其中遠(yuǎn)程接收器單元可以與單個(gè)發(fā)射器單元通信。與KVM切換器結(jié)合使用時(shí)，KVM擴(kuò)展器可以字一個(gè)位置控制多個(gè)系統(tǒng)。

當(dāng)KVM擴(kuò)展器與KVM矩陣交換機(jī)結(jié)合使用時(shí)，需要設(shè)計(jì)更復(fù)雜的信號(hào)管理和路由解決方案，讓用戶(hù)能夠從多個(gè)遠(yuǎn)程端點(diǎn)訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)信號(hào)源系統(tǒng)。

這些解決方案通常基于專(zhuān)有協(xié)議，將信息從A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)。這意味著來(lái)自一個(gè)廠(chǎng)商的KVM擴(kuò)展器將無(wú)法與來(lái)自其他廠(chǎng)商的KVM矩陣交換機(jī)互操作，現(xiàn)代IP KVM產(chǎn)品通過(guò)用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)替換專(zhuān)有矩陣交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似配置。

IP KVM

IP KVM產(chǎn)品使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將信息從A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分發(fā)，這提供了比傳統(tǒng)KVM擴(kuò)展技術(shù)更好的可擴(kuò)展性。

商用現(xiàn)成品（COTS）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)有效地取代了專(zhuān)有協(xié)議的更高成本的KVM矩陣交換機(jī)，并使用KVM信號(hào)管理軟件，輕松地將任何信號(hào)源計(jì)算機(jī)信號(hào)路由到任何遠(yuǎn)程站，不但降低了用戶(hù)成本，還提高了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化，因?yàn)樗梢宰畲笙薅鹊乩靡呀?jīng)在應(yīng)用中使用的公共傳輸介質(zhì)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是可擴(kuò)展的，使用IP KVM解決方案，不再受矩陣切換器上端口數(shù)量的固定限制，用戶(hù)可以通過(guò)添加更多系統(tǒng)和遠(yuǎn)程用戶(hù)工作站輕松擴(kuò)展，并輕松擴(kuò)展KVM網(wǎng)絡(luò)。

選擇KVM擴(kuò)展器的關(guān)鍵要素

以下是購(gòu)買(mǎi)KVM擴(kuò)展器時(shí)需要考慮的最重要事項(xiàng)：

確定視頻，USB和音頻要求：一般情況下，KVM產(chǎn)品規(guī)格嚴(yán)格遵從您需要從遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)的外圍設(shè)備的要求，例如顯示器，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)以及其他USB或音頻設(shè)備。

評(píng)估視頻連接和分辨率：早期的模擬KVM擴(kuò)展器型號(hào)支持模擬視頻信號(hào)（VGA）。但是，這些模擬信號(hào)產(chǎn)品的分辨率和距離受限，數(shù)字KVM擴(kuò)展解決方案具有數(shù)字視頻接口（DVI），高清多媒體接口（HDMI）和DisplayPort連接功能，可克服早期模擬產(chǎn)品的局限性。

DisplayPort和HDMI是專(zhuān)業(yè)工作站圖形卡和顯示器上最常用的視頻連接標(biāo)準(zhǔn)。HDMI和DisplayPort規(guī)范規(guī)定了每個(gè)版本支持的最大分辨率，所需帶寬以及相應(yīng)的高帶寬數(shù)字內(nèi)容保護(hù)（HDCP）版本。HDCP是一種硬件加密規(guī)范，用于保護(hù)數(shù)字內(nèi)容不被傳輸?shù)讲患嫒莸脑O(shè)備，并防止未經(jīng)授權(quán)進(jìn)行內(nèi)容拷貝。

分辨率是可以在顯示器上顯示的水平和垂直像素（寬×高）的數(shù)量，分辨率越高顯示的圖像越清晰和清晰。例如，4K UHD分辨率是商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持3，840×2，160（創(chuàng)建大約4，000像素寬的圖像）的分辨率，還有支持1，920×1，080像素的全高清（FHD）和支持1，280×720的HD像素。檢查KVM擴(kuò)展器是否能夠支持顯示器和信號(hào)源系統(tǒng)的分辨率。

右表1列出了最新DisplayPort和HDMI標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)信息。

從表中可以看出，擴(kuò)展以60Hz運(yùn)行的4K UHD顯示器需要能夠支持兼容DisplayPort 1.2（或更高版本）或HDMI 2.0（或更高版本）視頻連接器的KVM擴(kuò)展器。但是，對(duì)于2，560×1，600或更低的分辨率，與DisplayPort 1.1或HDMI 1.2兼容的KVM擴(kuò)展器就可以了，適配器可用于將HDMI信號(hào)轉(zhuǎn)換為DisplayPort或DVI，反之亦然。

同時(shí)，還需要考慮每個(gè)系統(tǒng)擴(kuò)展的視頻信號(hào)的數(shù)量，高性能KVM擴(kuò)展器主要是要支持多顯示器配置時(shí)也不犧牲用戶(hù)體驗(yàn)。某些產(chǎn)品可通過(guò)CATx電纜的單根光纖擴(kuò)展多達(dá)四個(gè)視頻信號(hào)，從而降低基礎(chǔ)設(shè)施成本。

確保支持USB和其他外圍設(shè)備

KVM擴(kuò)展器可以擴(kuò)展各種USB設(shè)備，鍵盤(pán)和鼠標(biāo)是主要的USB設(shè)備，USB拇指，硬盤(pán)或閃存驅(qū)動(dòng)器以及USB音頻設(shè)備都可以擴(kuò)展。

USB設(shè)備分為三類(lèi)：

USB HID設(shè)備——USB人機(jī)接口設(shè)備（HID）是外圍設(shè)備USB規(guī)范的一部分。它定義了HID設(shè)備，如鍵盤(pán)，鼠標(biāo)，操縱桿，觸摸屏和筆式平板電腦，這些設(shè)備通常都是低速運(yùn)行，傳輸速率為1.5 Mbps。

USB2.0設(shè)備——此類(lèi)包括拇指驅(qū)動(dòng)器，通用訪(fǎng)問(wèn)卡（CAC），音頻設(shè)備和攝像機(jī)。USB 2.0可以以480 Mbps的最大速率傳輸數(shù)據(jù)。

USB3.0設(shè)備——此類(lèi)包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和閃存驅(qū)動(dòng)器。USB 3.0以最高800 Mbps的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

USB 2.0和3.0設(shè)備可以根據(jù)它們支持的傳輸類(lèi)型進(jìn)一步分類(lèi)：

批量傳輸——這些不會(huì)丟失數(shù)據(jù)并且可以達(dá)到更高的速度，因?yàn)樗鼘?duì)最小帶寬沒(méi)有保證，屬于此類(lèi)別的設(shè)備包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，拇指驅(qū)動(dòng)器和觸摸屏。

等時(shí)傳輸——這些傳輸使用有保證的固定帶寬，用于音頻和視頻I/O設(shè)備的可靠，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。音頻播放器和攝像機(jī)通常屬于這一類(lèi)。

KVM擴(kuò)展器可能支持部分或所有類(lèi)型的USB設(shè)備。確保KVM擴(kuò)展器能夠處理所有必需類(lèi)型的USB和其他外圍設(shè)備信號(hào)以進(jìn)行安裝。

驗(yàn)證對(duì)音頻設(shè)備的支持：大多數(shù)KVM擴(kuò)展器都具有連接器組合，以支持模擬和數(shù)字音頻設(shè)備。輸入連接器可用于連接放大的模擬音頻信號(hào)源，如音頻混合器，而3.5 mm插孔用于未放大的音頻信號(hào)如麥克風(fēng)或耳機(jī)。具有同步數(shù)據(jù)傳輸支持的USB端口還可以連接數(shù)字音頻設(shè)備或USB耳機(jī)。DisplayPort和HDMI視頻連接器都可以將數(shù)字嵌入式音頻從系統(tǒng)傳輸?shù)斤@示器。

確定基礎(chǔ)架構(gòu)需求：一旦確定了所有信號(hào)連接要求，下一步就是查看基礎(chǔ)設(shè)施要求。需要覆蓋多長(zhǎng)的距離？什么類(lèi)型的布線(xiàn)適合能滿(mǎn)足該距離？可以使用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，還是需要安裝運(yùn)行新的電纜？這些是需要做出的一些與基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的主要決策。

確定傳輸介質(zhì)：距離和帶寬

KVM擴(kuò)展器通過(guò)CATx或光纜傳輸信號(hào)。使用的電纜類(lèi)型決定了鏈路的帶寬以及所覆蓋的距離。

CATx：—些電纜由多股絞合在一起的銅線(xiàn)組成，每根電纜有四根雙絞線(xiàn)：兩根用于發(fā)送數(shù)據(jù)，兩根用于接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)銅纜發(fā)送的信號(hào)傳輸。CATx電纜通常用于千兆以太網(wǎng)（GigE或GbE）局域網(wǎng)（LAN）。通常，CAT5e電纜支持的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)最大距離為100米（328英尺）。通過(guò)多個(gè)路由器和交換機(jī)，KVM over IP安裝可以通過(guò)CATx電纜實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的距離。

下表列出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置中支持的最大距離，IP操作支持更長(zhǎng)的距離。

光纖：這些光纜由光學(xué)純玻璃纖維束組成，通過(guò)光線(xiàn)傳輸數(shù)字信息，而不是以太網(wǎng)使用的電信號(hào)，這樣它們免受電磁干擾（EMI）的影響。與點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的CATx相比，光纖電纜還提供了支持距離內(nèi)的量子跳躍，例如，光纖SFP +布線(xiàn)可以覆蓋長(zhǎng)達(dá)10公里。

光纖電纜有兩種基本類(lèi)型，即單模和多模。單模光纜使用激光發(fā)送信號(hào)，比多模光纜更薄。多模光纖電纜使用發(fā)光二極管（LED）發(fā)送信號(hào)。多模電纜通常適用于較短距離—— 最長(zhǎng)550米傳輸。

傳輸介質(zhì)具有帶寬限制，并且越高分辨率的視頻信號(hào)需要的帶寬越高。雖然CAT5e電纜為擴(kuò)展未壓縮的1080p 60視頻提供了必要的帶寬支持，但高于1080p 60的分辨率將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈冃枰膸挶冗@些電纜所能支持的帶寬更多。例如，未壓縮的4K UHD分辨率視頻（2160 p60）需要高達(dá)12 Gbps的帶寬，而CATx電纜支持的最大帶寬僅為10 Gbps。對(duì)此的解決方案是采用KVM擴(kuò)展器，它使用某種程度的壓縮來(lái)減小數(shù)據(jù)大小，使其能夠適應(yīng)可用帶寬。使用壓縮技術(shù)的替代方案包括運(yùn)行多條電纜，或使用具有更高傳輸帶寬的KVM擴(kuò)展器，這兩者都可能增加基礎(chǔ)設(shè)施成本。

其他需要重視的因素

以下是可能必須考慮的KVM擴(kuò)展器的其他注意事項(xiàng)，具體取決于應(yīng)用的要求。

性能

高質(zhì)量圖像對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)都是非常最重要的。對(duì)于桌面應(yīng)用程序，選擇不執(zhí)行色度子采樣的KVM解決方案以減小視頻帶寬大小并保持4：4：4，是最佳的圖像質(zhì)量，能夠提供清晰的文本和細(xì)線(xiàn)。KVM擴(kuò)展器還可以提供對(duì)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的無(wú)縫訪(fǎng)問(wèn)；鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的響應(yīng)性必須非常出色，它需要感覺(jué)好像用戶(hù)正在系統(tǒng)旁邊工作一樣。

下面給出的圖像顯示真彩色4：4：4與4：2：0色度子采樣之間的質(zhì)量差異。4：2：0圖像示例清楚地表明4：2：0色度子采樣使文本模糊不清，這個(gè)質(zhì)量對(duì)桌面應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不可接受的。

安全

在評(píng)估IP KVM擴(kuò)展交換解決方案時(shí)，安全性是另一個(gè)需要考慮的主要因素，其中網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和IP KVM擴(kuò)展產(chǎn)品都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，確保IP KVM產(chǎn)品支持加密，并能夠保護(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>