В очередной раз мы хотели бы вернуться к теме консольных переключателей, чтобы рассмотреть относительно новую разновидность этих устройств - переключатели с подключением по интерфейсу USB. Для тех, кто не следил за нашими публикациями, сообщим, что KVM-переключатель (KVM Switch) - это устройство, позволяющее с помощью одной консоли (клавиатуры, мыши и монитора) поочередно управлять несколькими компьютерами. Такой переключатель позволяет пользователю в каждый момент времени работать с одним из подключенных компьютеров, в то время как для остальных машин он будет создавать только иллюзию присутствия консоли. Переключатель является незаменимым устройством для управления несколькими серверами, тестирования программного и аппаратного обеспечения на нескольких компьютерах, поскольку он экономит место, время и затраты на покупку нескольких мониторов. В отличие от различных терминальных решений, он является полностью программно-независимым решением и работает в любом режиме, будь то перезагрузка, доступ в BIOS, инсталляция операционки и т.п. Выпускаются переключатели различного класса - как домашнего, с поддержкой коммутации звуковых входов и выходов, так и промышленного, в стоечном исполнении и с подключением через репитеры, IP-сети и т.д.

Обычно KVM-переключатель осуществляет коммутацию компьютеров и консоли посредством трех интерфейсов - VGA для монитора и PS/2 для клавиатуры и мыши. Он имеет одну тройку входов для консоли и несколько троек выходных разъемов (портов) для компьютеров. Переключатели с поддержкой USB позволяют сэкономить один кабель - они подключают компьютеры с помощью пары VGA+USB. Казалось бы, это преимущество, однако до сих пор такие устройства не получили должного распространения. Попробуем разобраться, почему.

Особенность подключения по USB

До последнего времени архитектура персональных компьютеров предполагала подключение устройства ввода текстовой информации - клавиатуры - с помощью специализированного последовательного интерфейса. Собственного названия у этого интерфейса не было, для ссылки на него использовали название архитектуры, в которой он впервые появился - XT, AT, PS/2. Другое устройство взаимодействия с пользователем, "мышка", тоже сначала имело свой интерфейс ("Bus mouse"). Довольно быстро ее перевели на универсальный последовательный интерфейс (RS-232, или COM), а потом, для дальнейшей унификации и упрощения подключения, стали применять интерфейс, похожий на клавиатурный.

Классические интерфейсы подключения клавиатуры и мыши, которые принято называть "PS/2", были разработаны уже давно и с тех пор морально устарели. Они допускают (в общем случае) только самую простую топологию подключения - "точка-точка", поддерживая только одно устройство, не предусматривают механизмов обнаружения, конфигурирования, адресации и т.п., не позволяют подключать устройства "по-горячему". Но для задачи консольной коммутации и переключения эти недостатки превращаются в достоинства. Переключать пассивные и программно-прозрачные (не имеющие своих регистров и адресов) устройства, а также эмулировать их работу намного проще, чем в случае с устройствами активными. Проблем с совместимостью тут тоже не возникает: драйверы не нужны, фазы опроса и настройки отсутствуют, достаточно механически пересылать всю информацию от устройств ввода на активный порт, а на остальных портах имитировать присутствие.

Интерфейс USB является более современным, сложным и универсальным интерфейсом, по сравнению с PS/2. Реализуемая им топология типа "звезда" предполагает централизованное управление всей иерархией устройств со стороны хоста (вычислительной системы), причем поддержка опознавания и конфигурирования для устройств обязательна. USB предполагает наличие только одного хоста у каждого устройства, и KVM-переключатель, подключающий устройства к нескольким портам одновременно, в рамки этого интерфейса не укладывается. Кроме того, взаимодействие с устройствами USB требует наличия загруженного драйвера с поддержкой одной или нескольких моделей программного доступа (UHCI, OHCI, EHCI), а иначе устройства будут недоступными.

Казалось бы, зачем тогда изобретать KVM-переключатель с интерфейсом USB, если это порождает множество проблем? Уж точно не ради "горячего" подключения, которое в случае переключателя как раз и не обязательно. Конечно, у подключения с помощью USB есть и свои плюсы. Так, USB-устройство (или функция, согласно принятой терминологии) может содержать одновременно несколько активных конечных точек (Endpoints) различного класса, причем это могут быть не только клавиатура и мышь, но и теоретически любые устройства. Переключатель KVM в таком случае становится универсальным коммутатором. Второй плюс USB-переключателя заключается в том, что далеко не все платформы, особенно новые, обладают поддержкой клавиатурного интерфейса PS/2. Например, в большинстве ноутбуков порты PS/2 просто не предусмотрены. Универсальность USB допускает наличие в системе нескольких активных клавиатур и мышей - компьютер можно контролировать с нескольких рабочих мест, если возникнет такая необходимость. И с совместимостью не все так плохо: современные BIOS обеспечивают эмуляцию клавиатурного порта 60h при наличии USB-клавиатуры, что дает возможность работать с USB-переключателем в операционных системах, не имеющих программной поддержки интерфейса USB.

Да, полюсов мы насчитали немного. Собственно, потому и не популярны пока переключатели USB. Многие производители выпускают только самые простые двухпортовые модели с поддержкой USB (так называемые SOHO-модели для индивидуального использования) либо дублируют порты USB портами PS/2. Однако нам удалось найти более серьезную модель 4-портового переключателя - Planet KVM-U401, которая может применяться для администрирования серверов и других сложных задач.

Planet KVM-U401

Компания Planet Technology Corp., выпустившая рассматриваемый переключатель, является хорошо известным производителем сетевого и коммуникационного оборудования. С 1997 года в нашу страну начали поставляться сетевые коммутаторы и медиа-конвертеры с торговой маркой "Planet". Благодаря хорошему качеству и умеренным ценам оборудование Planet стало пользоваться популярностью, его ассортимент расширился - сегодня в Минске можно купить также сетевые адаптеры, KVM-переключатели, принт-серверы и IP-камеры и другое оборудование этого производителя.

Поступивший на тестирование переключатель KVM-U401 имеет настольное исполнение - это небольшая коробочка с несколькими входами и выходами. Данный переключатель рассчитан на подключение консоли, состоящей из одного монитора с аналоговым интерфейсом VGA и клавиатуры и мыши с интерфейсом PS/2, к четырем компьютерам с архитектурой PC, Apple Mac/iMac или Sun. Несмотря на поддержку USB, консольные входы рассчитаны именно на PS/2 - для сохранения совместимости со старыми клавиатурами и мышами. Помимо них, переключатель допускает подключение других устройств USB с помощью встроенного 4-портового хаба USB (увы, без поддержки скорости High-Speed). Об особенностях работы этой функции мы еще поговорим.

Наличие хаба предполагает возможность подключения клавиатуры и мыши с интерфейсом USB. Собственно, производитель этого не отрицает - в документации прямо сказано, что консоль USB может работать, но полная ее поддержка не гарантируется. В частности, управление с помощью клавиатурных макросов возможно только с PS/2-клавиатуры. Несмотря на то, что внутри KVM-U401 имеются два конвертера PS/2-USB, и консоль на выходе всегда будет USB, подача макросов анализируется только для интерфейса PS/2. Такая вот недоработка. С другой стороны, благодаря конвертерам в KVM-U401 реализована эмуляция фирменных клавиатур Mac и Sun через переназначение клавиш Windows и Ctrl/Alt.

Клавиатурные макросы вызываются стандартной для KVM комбинацией - двукратным нажатием Scroll-Lock. Кроме переключения (можно ввести номер порта или выбрать следующий/предыдущий), макросы позволяют отключить "бипер", сопровождающий звуком все события, включить режим автосканирования (попеременного вывода картинки с активных компьютеров), выбрать интервал автосканирования (от 10 до 100 секунд), а также "захватить" хаб.

Переключатель KVM-U401 постоянно эмулирует подключение ко всем портам только двух устройств USB - клавиатуры и мыши, подключенных через конвертеры. Чтобы "перевести стрелки" других USB-устройств на конкретный порт, то есть переключить восходящий порт USB-хаба на порт USB конкретного компьютера, следует сначала выбрать этот компьютер, а потом выполнить "захват" хаба с помощью клавиатурного макроса. После этого хаб и подключенные к нему устройства будут обнаружены и смонтированы в системе. Процедура эта требует, как минимум, пары секунд, поэтому она не выполняется автоматически при переключении между компьютерами.

У переключателя имеется только одна кнопка, последовательное нажатие на которую вызывает переключение консоли (но не хаба, хотя документация утверждает обратное) между компьютерами. Неактивные порты, к которым компьютеры не подключены, не пропускаются автоматически, что неудобно. Каждому порту соответствует свой светодиод; всегда подсвечивается, но другим цветом, тот компьютер, который в данный момент "захватил" USB-хаб. Удобнее использовать, конечно, клавиатурные макросы, так как они позволяют выбрать конкретный компьютер, а не перебирать каждый раз все четыре порта.

В отличие от более дешевых USB-переключателей, у Planet KVM-U401 кабели в корпус не встроены, поэтому пользователь не ограничен в выборе длины подключения. Все выходы стандартны, и для подключения к компьютерам можно использовать любые кабели, в том числе и дешевые. Однако для сохранения высокого качества изображения на экране желательно приобрести фирменные кабели. Их у Planet три - длиной 1.8, 3 и 5 м, при этом производитель гарантирует солидную полосу пропускания видеосигнала - 400 МГц, что соответствует теоретическому пределу стандартной видеокарты.

Тестирование

KVM-переключатели, как и другое сетевое и сопутствующее оборудование, должны быть прежде всего надежными и стабильными в работе. Проверки в течение недели или даже двух недостаточно, чтобы все проблемы проявились. Поэтому было решено организовать долгосрочное тестирование Planet KVM-U401 в реальных условиях - при подключении через него двух серверов и одной рабочей станции, функционирующих круглосуточно. После окончания этого тестирования мы вернемся к обсуждению качества работы этого устройства, а пока - о результатах собственного тестирования.

Минус использования интерфейса USB для коммутации компьютеров и консоли был обнаружен очень быстро: KVM-переключатель вызывает блокировку компьютера при установке/переустановке операционной системы. Происходит это в двух точках - на начальном этапе, когда инсталлятор уже перешел в защищенный режим работы процессора (обработчики прерываний реального режима, поддерживаемые BIOS, уже не действуют), и при поиске нового оборудования. В первом случае, когда устройства USB еще не проинициализированы, инсталлятор может спросить серийный номер или какие-нибудь другие параметры, а ввести их будет просто нечем. Во втором случае USB-контроллер системы и подключенные к нему хабы могут быть обнаружены после других устройств. Запрос системой информации о драйвере к неизвестному устройству вызывает блокировку, так как ни мышь, ни клавиатура еще не работают. К счастью, тут может помочь перезагрузка - кнопка "Reset" находится не на клавиатуре, после которой первым может быть обнаружен и проинициализирован именно контроллер USB.

Из этого можно сделать вывод: KVM-переключатель следует подключать уже после подготовки компьютера к работе. Тогда проблем быть не должно: при первом включении происходит небольшая пауза, но, поскольку переключатель "виден" операционной системе как набор стандартных безымянных устройств (композитное USB-устройство, несколько HID-устройств и обычный USB-хаб), его инсталляция и последующая активация проходят без заминок. Пауза может возникать также при возврате из состояний S1/S3 (Standby/Hibernate), обычные же переключения происходят очень быстро - как и в случае обычного PS/2-переключателя.

К работе переключателя Planet KVM-U401 претензий не возникло: качество выводимой картинки в рабочем разрешении 1280x1024@85 не пострадало, клавиатурные макросы работали четко, беспричинных потерь связи с консолью или компьютерами не было. Но проверка на 4 различных материнских платах и видеокартах выявила проблему, которая, по-видимому, связана с драйверами видеокарты. Если при перезагрузке порт переключателя, к которому подключен данный компьютер, был неактивен (был выбран другой компьютер), то частота развертки и разрешение на экране снижалось до минимума - 800х600@60. Видимо, переключатель KVM-U401 "пропускает" к монитору команды детектирования по интерфейсу DDC2B только при активности данного порта, а в момент подключения другого порта он их игнорирует. Данный "баг" был замечен только с одной платой - на интегрированном чипсете SIS 661FX.

Выводы

В отличие от классических KVM-переключателей, у переключателей USB имеется ряд специфических проблем, главная из которых - необходимость программной поддержки либо средствами BIOS, либо средствами операционной системы. Этот факт перечеркивает одно из важнейших достоинств KVM - полную прозрачность для ПО. Поэтому применение USB-переключателей целесообразно только при несовместимости с другими решениями. Конечно, переключатели типа Planet KVM-U401 в чем-то более удобны - например, они позволяют подключить к компьютеру USB-флэшку или внешний винчестер прямо через встроенный хаб. Но это, скорее, приятный довесок, чем важная составляющая функциональности.

Макс КУРМАЗ,
max@hw.by,
HW.by - Белорусский "железный" сайт

Благодарим компанию "Нэтэксперт" за предоставленный переключатель Planet