KVM-Extender über CATx und Fiber - allgemeine FAQs

Allgemeines

KVM-Extender setzt man dort ein, wo ein Bildschirmarbeitsplatz (Terminal, Konsole) entfernt vom Rechner eingesetzt werden soll und Verlängerungskabel (max. 15-20 Meter) nicht reichen. Die Gründe für das Absetzen des Arbeitsplatzes können vielfältig sein:

• Lärm, Wärmeentwicklung und Platzbedarf der Rechner.
• Sicherheitsaspekte: Die Rechner stehen in einem gesicherten Raum im "Back Office", während die Bedienplätze im "Front Office" stehen - z.B. im Schalterraum einer Bank.
  
• In Serverräumen ist Platz kostbar. Und es lässt sich hier nicht gut arbeiten (Klimaanlage, Geräuschpegel). Komfortabler ist die Bedienung vom eigenen Büro aus. Ausserdem reicht ein Administrator bei großen Serverfarmen oft nicht aus.
• Viele Anwendungen werden heute dezentral - aus der Ferne - administriert, z.B. von einem IT-Dienstleister oder auch vom Administrator von Unterwegs oder zu Hause.

Mit Ausnahme der >IP Extender bestehen alle KVM-Extender aus einem Pärchen von zwei Boxen. Die eine Box befindet sich am Rechner ("Local Station" oder "Transmitter" genannt), die andere Box ist an der Benutzerkonsole angeschlossen ("Remote Station" oder "Receiver" genannt). Zwischen den beiden Boxen findet die gegenseitige Übertragung mittels CAT5- oder CAT6-Kabel bzw. Lichtleiter statt. Die beiden Boxen werden mit dem zugehörigen Equipment (Rechner, Tastatur, Maus etc.) meist über klassische KVM-Kabel verbunden.

Welche Arbeitsplatzfunktionen werden verlängert?
Die klassischen KVM-Extender unterstützen Bildschirm, Tastatur und Maus. Dann kamen Audio (Stereo) und eine serielle Schnittstelle hinzu. Letztere wird z.B. bei "Touch Screen" Bildschirmen gebraucht. Für moderne Arbeitsplätze reicht das oft nicht mehr aus. Man will auch Drucker, Scanner, CD-Laufwerke, Memory Sticks etc. am Arbeitsplatz haben. Dafür eignet sich besonders die USB-Schnittstelle.

Entfernungen und Verlängerungs-Medien

• Die sog. CAT5-Extender benutzen die üblichen Netzwerkkabel (CAT5 - CAT7). Damit lassen sich - je nach Hersteller und Modell - 50 bis 300 Meter überbrücken. Sie haben keine Ethernetschnittstelle und verwenden proprietäre Protokolle.
  
• Mit Extendern auf Basis von Glasfasern erzielt man Entfernungen bis zu 10 Kilometern. Auch hier werden proprietäre Protokolle verwendet.
• Die neuesten Varianten sind Extender auf Basis von IP-Netzen (sog. IP-Extender) und verwenden die hier üblichen Protokolle. Damit sind sie in der Entfernung völlig unbeschränkt und nur von der Reichweite des jeweiligen Netzes abhängig. Man kann sich in einige Modelle auch per Modem einwählen. Diese IP-Extender werden gesondert behandelt.

Alle drei Varianten haben sehr unterschiedliche Vor- und Nachteile. Deswegen werden sie oft auch gemischt eingesetzt. Die beiden ersten Varianten brauchen je eine Hardware-Box auf beiden Seiten der Verlängerungsstrecke und keinerlei Software. Bei "IP-Extendern" ist auf der Benutzerseite meist nur ein PC und eine Software (oder zumindest Java) erforderlich.

Gemeinsame Features von CAT5- und Fiber-Extendern

Video-Übertragung
Fast alle KVM-Extender haben analoge VGA-Monitoranschlüsse und übertragen die Video-Signale (RGB) ebenfalls analog. Die maximale Bildschirmauflösung bei analoger Übertragung ist von der verwendeten Technologie des Herstellers und (besonders bei CAT5-Extendern) von der Kabellänge abhängig. Nicht zuletzt spielt hier auch das subjektive Empfinden der Bildqualität durch den Benutzer eine Rolle.

Neuerdings gibt es Extender, die auch digitale DVI-Anschlüsse haben und/oder das Videosignal ebenfalls digital übertragen (z.B. von der Firma IHSE). Dies ist eine recht aufwändige Technik. Bei digitaler Übertragung muss die Bildqualität nicht zwangsläufig besser sein als bei analogen Extendern mit kurzen Kabelstrecken. Der Vorteil bei digtaler Übertragung liegt u.A. darin, dass sie innerhalb der spezifizierten Grenzen unabhängig von der Kabellänge ist.

Übertragung von Maus und Tastatur
Fast alle KVM-Extender haben (noch?) PS/2-Anschlüsse für Maus und Tastatur. USB-Tastaturen und -Mäuse lassen sich jedoch problemlos über Adapter anschließen.

Die korrekte Emulation von unterschiedlichsten Maus- und Tastatur-Typen der Bedienerseite auf der Rechnerseite ist keineswegs eine triviale Aufgabe und hier gibt es große Unterschiede zwischen den Herstellern. Wenn KVM-Extender durch Billigprodukte aus Fernost in Verruf gekommen sein sollten, liegt die Ursache vermutlich hier.

Audio-Übertragung
Die meisten Extender mit Audio-Undterstützung übertragen Audio in Stereo und auch in beiden Richtungen (Lautsprecher und Mikrofon). Höherwertige Extender unterstützen am Mikrofoneingang die sog. Phantomspeisung (für Kondensatormikrofone) und eine anpassbare Verstärkung des Mikrofonsignals.

Die Übertragung erfolgt analog oder digital. Die analoge Übertragung ist - besonders bei größeren Kabellängen - in der Bandbreite begrenzt und weist oft Störgeräusche auf. Neuere oder höherwertige Extender verwenden digitale Audio-Übertragung. Sie erreicht -unabhängig von der Kabellänge - fast CD-Qualität und zeigt fast keine Störgeräusche.

Serielle Übertragung (V.24/RS232)
Wohl alle Extender mit serieller Übertragung "spiegeln" den physikalischen Zustand der V.24 Signale (bidirektional) auf der Gegenseite des Extenders. Sie sind also transparent für das verwendete Protokoll oder die Baudrate - man muss hier nichts einstellen. Unterschiede gibt es bei der maximalen Verzögerung und damit der maximalen Baudrate.

USB Extension
Solche Geräte sind noch relativ neu. Es gibt sie für Distanzen zwischen 50 Meter und demnächst 300 Meter (CAT5-Kabel). Hier wird nicht nur Maus und Tastatur über USB angeschlosse, sondern die USB-Schnittstelle des PCs (transparent) verlängert. So kann der Bediener an der "Remote Station" neben Bildschirm, Maus und Tastatur noch verschiedene Peripheriegeäte (Drucker, USB-Sticks etc.) anschließen. Meist haben sie auf Seite der "Remote Station" noch einen USB-Hub. Diese Geräte sind meist USB2.0-kompatibel, unterstützen jedoch nur die maximale Geschwindigkeit der USB1.1. Die volle Geschwindigkeit der USB2.0 über größere Längen ist technisch heute noch sehr aufwendig.

Extenderr Multi Head / Multiple Video
Oft hat heute ein Arbeitsplatz nicht nur einen, sondern zwei oder mehr Bildschirme. Theoretisch kann man diese Bildschirme mit mehreren KVM-Extender-Strecken verlängern. Um den erhöhten Aufwand und Platzbedarf für die nicht benötigten Maus- und Tastatur-Anschlüsse zu sparen, gibt es KVM-Extender mit zwei bis zu vier Bildschirmen. Für jeden zusätzlichen Bildschirm wird dabei ein zusätzliches Kabel (CAT5 oder LWL) benötigt.

DDC-Emulation
Der DDC-Channel erlaubt die automatische Erkennung des angeschlossenen Monitors durch den PC. Weil nur wenige Applikationen dies zwingend erfordern, findet man DDC-Emulation nur bei höherwertigen Extendern.

Lokaler Konsolenanschluss
Um den PC oder Server nicht nur aus der Entfernung, sondern wahlweise auch durch eine danebenstehende Benutzerkonsole bedienen zu können, bieten manche Hersteller dafür einen zusätzlichen Anschluss. Eine Umschaltung wäre technisch nicht nötig. Meist will man aber die versehentliche Doppelbedienung von Maus und Tastur verhindern. Dazu gibt es eine automatische Umschaltung (wer zuerst kommt - gewinnt) mit einstellbarem Timeout. Bei manchen Geräten kann man sogar verhindern, dass der andere Benutzer den Bildschirm sehen kann.

Entfernter PC-Anschluss
Der entfernte Benutzer hat evtl. noch einen PC daneben stehen. Damit er dafür nicht noch einen Satz von Monitor, Tastatur und Maus braucht, bieten manche Hersteller einen zusätzlichen PC-Anschluss an der Remote Station. Die Umschaltung zwischen den entfernten und lokalen PCs erfolgt meist per Hotkey.

Security
Weil die klassischen Extender (außer IP Extender) "Off-Band" und über eigens dafür verlegte Kabel oder Glasfasern arbeiten, sind die Sicherheitsrisiken relativ gering.
Trotzdem gibt es Extender, die an der Benutzerstation eine (konfigurierbare) Anmeldeprozedur mit Passwort und Timeout bieten.

Stromversorgung
Der rechnerseitige "Transmitter" wird meist über den Keyboard- und/oder Maus-Anschluss des angeschlossenen Rechners (oder KVM-Switches) versorgt. Der Receiver auf der Konsolen-Seite hat meist ein Steckernetzteil.

KVM CAT5-Extender

Wie funktioniert ein CAT5-Extender?
So eine Extender-Strecke besteht normalerweise aus einem Sender (Rechnerseite), einem Empfänger (auf der Bedienerseite) und einer CAT5-Kabelverbindung. Bei diesem CAT5-Kabel werden alle 4 Adernpaare ausgenutzt. Die - gegenüber konventionellen KVM-Kabeln - vergrößerte Übertragungsdistanz wird u.a. dadurch erreicht, dass das Signal symmetrisch übertragen wird, während konventionelle Kabel unsymmetrisch arbeiten.

Analoge CAT5-Extender
Die Video-Signale werden nicht - wie oft angenommen - digitalisiert, sondern als analoges RGB-Signal übertragen; je ein CAT5-Adernpaar für die Farben Rot, Grün und Blau.

Die Übertragung von Keyboard- und Maus-Signalen sowie SYNC erfolgt auf dem 4. Adernpaar. Hinzu kommen bei bestimmten Geräten noch Audio-Daten und V.24-Schnittstellen, die auf diesem Paar mitübertragen werden. Die analogen Video-Signale erfordern Bandbreiten, die bis an die Grenze heutiger CAT5-Strecken gehen. Der Frequenzgang variiert dabei mit der Länge und den Eigenschaften des Kabels und kann zu Unschärfen des Monitorbildes führen. Darum muss (bei Kabellängen ab ca. 50 Metern) eine individuelle Kompensation (Anpassung) des Frequenzganges der Kabelverbindung vorgenommen werden. Diese Anpassung basiert auf dem optischen Eindruck des Monitorbildes und wird bei ernsthaften Herstellern über das Keyboard der Bedienkonsole - mehr oder weniger feinstufig - gesteuert und im EEPROM (nicht flüchtig) abgelegt.

Bei manchen CAT5-Kabeln (besonders bei Patch-Kabeln) gibt es jedoch noch ein anderes Problem, das oberhalb 30-80 Metern Länge auftreten kann. Bei diesen Kabeln sind aus technischen Gründen die Windungslängen (Schlaglängen) der einzelnen Adernpaare unterschiedlich gehalten. Daraus resultieren unterschiedliche Längen - und damit Laufzeiten - der einzelnen Adernpaare und also der Farbsignale (Delay Skew). Es äußert sich in "Farbrändern", die besonders bei Text störend sind. Diese Laufzeit-Unterschiede sind spezifisch für den jeweiligen Kabelhersteller und treten bei PiMF Kabeln weniger auf als bei ungeschirmten Adernpaaren. Man kann das Problem teilweise dadurch mildern, dass man für die RGB-Signale drei möglichst gleiche Adernpaare verwendet.

Kann man CAT5-Extenderstrecken eines Herstellers mit KVM-Switchen anderer Hersteller mischen?
Im Prinzip ja. Ein Extender sollte sich an den KVM-Anschlüssen von Sender und Empfänger möglichst kompatibel zu Maus/Tastatur einerseits und den entsprechenden Ports am Rechner andererseits verhalten. Ein Problem können die Hotkeys sein. Wenn sie vom Extender für eigene Zwecke gebraucht werden, muß man sie umkonfigurieren können.

Kann man CAT5-Sender und -Empfänger unterschiedlicher Hersteller mischen?
Nein, die Übertragungsmethoden sind proprietär. Bei manchen Herstellern kann man nicht einmal unterschiedliche Modellreihen mischen.

Welche Mittel gibt es gegen Delay Skew?

Möglichkeit 1:
Mittels Netzwerk-Tester (oder durch Probieren) misst man das Kabel (in Originallänge!) aus und ändert ggf. die Belegung so, dass drei Paare mit möglichst gleicher Laufzeit den Farbsignalen (RGB) zugeordnet werden.

Möglichkeit 2:
Mittels Netzwerk-Tester misst man das (bereits verlegte) Kabel aus und berechnet die Differenzen der Kabellängen (das sind oft nur wenige Zentimeter). Die zur Kompensation nötigen Längen packt man in ein geschirmtes Kästchen. Ziemlich aufwändig.

Möglichkeit 3:
Man setzt einen sog. externen Skew Compensator ein. Das ist im Prinzip auch nicht mehr als ein Kästchen mit getrennt einstellbarer Kabellänge für alle drei Farbsignale. Bei den AdderLink X Extendern misst der Extender selbst die ungefähren Kompensationslängen und gibt die Einstellung für den Kompensator (AdderLink X Skew) schon vor. Ansonsten müsste man ziemlich lange herumprobieren.

Möglichkeit 4:
Man verwendet einen Extender mit eingebauter Skew Compensation, wie die Geräte der LEBX-Serie. Das ist die komfortabelste Lösung.

Ungeschirmt?
Tests haben ergeben, dass völlig ungeschirmtes Kabel (UTP) tatsächlich die besten Bildschirmergebnisse liefert. Getestet wurde mit Belden DataTwist 350 UTP #1700A Solid (CAT5e-Verlegekabel 305 Meter). Jedoch empfehlen die Hersteller neuerdings mehr und mehr den Einsatz von geschirmtem Kabel. Der Grund liegt in derEMV.

Kann man CAT5 KVM-Verbindungen auch Gebäude übergreifend herstellen?
Theoretisch ja. In der Praxis raten wir davon genauso dringend ab wie von normalen CAT5 Ethernet-Verbindungen zwischen Gebäuden. Die EMV-Risiken (z.B. durch Blitzschlag) sind zu hoch. Hier empfehlen wir unbedingt eine LWL-Lösung.

EMV

CAT-Extender sind relativ unempfindlich gegen hochfrequente Einstrahlung. Treten mehr oder weniger große Bildstörungen auf, so liegt das seltener an der Einstreuung von Störungen in das Kabel, sondern eher an der Elektroinstallation.

In großen Büro-Gebäuden können erhebliche Unterschiede im Erdpotenzial zwischen den Räumen (und also der darin enthaltenen EDV) entstehen. Diese Unterschiede können Störungen (z.B. Wellenbewegungen im Bild) hervorrufen und sogar zur Zerstörung der Extender führen.

Die uns bekannten CAT5-Extender verwenden keine galvanische Trennung. Dies hat technische - und Kosten-Gründe und unterscheidet sie erheblich von den üblichen Ethernet-Komponenten, die mit transformatorischer Isolation arbeiten. So kann es passieren, dass eine Kabelstrecke im Netzwerk problemlos funktioniert, aber mit KVM-Extendern nicht.

Verlege-Tipps

• Verwenden Sie bei größeren Längen möglichst Verlegekabel. Patchkabel-Strecken sollten unter 20-30 Metern bleiben
• Verwenden Sie bei Längen über ca. 40 Meter möglichst CAT6-Kabel
• Mischen Sie nicht CAT5- und CAT6-Kabel
• Wenn Sie geschirmtes Kabel verwenden, sollte der Schirm ein Kupfergeflecht haben. Ein simpler Folienschirm mit Beidraht bringt nur Nachteile.
• Verlegen Sie das CATx-Kabel möglichst nicht über längere Strecken parallel zu Starkstrom-Trassen. Wenn das unumgäglich ist, halten Sie möglichst viel Abstand.
  Kurze Überkreuzungen von Starkstrom-Leitungen sind unkritisch.
  
• Um mögliche Störung oder Zerstörung des Extenders durch Potential-Unterschiede zu erkennen, machen Sie folgende Messung: Schließen Sie das CATx-Kabel einseitig an Transmitter oder Receiver and. Messen Sie mit einem Multimeter die Wechselspannung zwischen dem ankommenden Kabel (am Schirm oder irgendeinem Pin) und dem anzuschließenden Gerät (z.B. am Gehäuse oder einer Gehäuseschraube). Idealerweise liegt diese Spannung unter 0,5 Volt. Liegt die Spannung höher als 5 Volt, haben Sie vielleicht ein Problem (Bildstörung). Liegt sie über 10-20 Volt, haben Sie ganz sicher ein Problem (Gefahr der Zerstörung).
• Im letzten Falle sollten Sie Ihren Hauselektriker zu Rate ziehen. Als Abhilfe im Notfall können Sie ein 1-adriges Kupferkabel (mindestens 2,5 qmm) parallel zu dem CATx-Kabel legen und es virgendwie mit den Gehäusen von Transmitter und Receiver verbinden.

Netzwerk-Fachbegriffe finden bei Netzikon.net
Intenet-Lexikon www.at-mix.de