05.12.2018 | Ausgabe 12/2018

Klassisches KVM vs. KVM-over-IP: Herausforderungen, Vorteile und Einsatzbereiche im Vergleich

Quelle: G&D

Im Zuge der technologischen Entwicklungen im Medienbereich gibt der vorliegende Beitrag einen Überblick über klassische KVM-Systeme sowie aktuelle KVM-over-IP-Systeme und beschreibt die Herausforderungen, Vorteile und Einsatzbereiche der verschiedenen Möglichkeiten im Vergleich.

1. Grundlagen KVM
Der Begriff KVM steht für Keyboard, Video und Maus und bezeichnet die entsprechenden Schnittstellen eines Rechners. KVM-Produkte ermöglichen die räumliche Trennung zwischen Rechner und Bediener. Die ausgelagerte Technik wird via KVM-Rechner- und Arbeitsplatzmodule über CAT-Kabel, Lichtwellenleiter oder über IP-Strukturen an den entfernten Arbeitsplätzen hochauflösend und nahezu latenzfrei verfügbar gemacht.

KVM-Extender verlängern Rechnersignale als 1:1-Verbindung, KVM-Switches ermöglichen wiederum eine 1:n-Verbindung, d. h. mehrere Rechner können über einen Arbeitsplatz peripheriesparend und benutzerfreundlich bedient werden. Noch spannender wird es, wenn mehrere Arbeitsplätze simultan auf mehrere Rechner zugreifen,quasi als flexible n:m-Verbindung. Diese Möglichkeit bieten  KVM-Matrixsysteme, die selbst größte IT-Installationen flexibel abbilden können.

2. Klassische, dedizierte KVM-Systeme
Klassische KVM-Systeme nutzen Standard-Verbindungstechnik, in der Regel CAT 5e-, CAT 6- oder CAT 7-Kupferkabel oder Glasfaser für Single- oder Multi-Mode. Es gibt  hierbei Lösungen für 1 Gbit/s, 2,5 Gbit/s und 10 Gbit/s. Dank der Standard-Verbindungstechnik kann eine im Haus möglicherweise bereits vorhandene Verkabelung weiter genutzt oder selbst erweitert werden, wobei in der Regel ein dediziertes „Netzwerk“ für die KVM-Systeme aufgebaut wird. Die Nutzung eines eigenen physikalischen Mediums für die KVM-Systeme bringt den Vorteil mit sich, dass hierbei die Bandbreite voll ausgenutzt werden kann, sodass optimale  Performance mit höchster Bildqualität und bestem Anwendererlebnis erzielt werden. Über das dedizierte Kabelmedium werden nur die KVM-Datenpakete transportiert, sodass kein anderer Datenverkehr Bandbreite für sich beansprucht.

Im unten aufgezeigten Anwendungsfall werden die Rechner in einem klimatisierten Technikraum ausgelagert. Ein KVM-Matrixsystem ermöglicht die Bedienung mehrererRechner über zahlreiche simultane Arbeitsplätze. Die entfernten Arbeitsplätze sind mit Arbeitsplatzmodulen (CONs) ausgestattet und über eine dedizierte CAT-x- oder Fiber- Verbindung in das Bedienkonzept integriert, sodass die Anwender auf alle Rechner zugreifen können. Die KVM-Matrix  verlängert und schaltet die Rechnersignale in Echtzeit, latenzfrei und ohne Qualitätsverlust im Bild.

KLASSISCHES KVM AUF EINEN BLICK:

  •  Maximale Bandbreiten optimal ausnutzbar, da keine weitere netzwerkfähige Geräte vorhanden sind, die Bandbreite für sich beanspruchen. 
  • Komplette Kontrolle des Mediums für maximale Zugriffssicherheit
  • Dedizierte Verbindungen und proprietäre Übertragung steigern die Datensicherheit 
  • Bei kleineren Netzwerken kann je nach Projektanforderung (z. B. wenige CONs und CPUs) klassisches KVM kostengünstiger als KVM-over-IP sein. Der Vergleich lohnt. 
  • Plug&play-fähig und für den IT-Administrator leichter und einfacher zu handhaben 
  • Klassisches KVM erzielt höchste Effizienz und Performance, da man keine Bandbreite für IP-Overhead verliert.
Quelle: G&D

3. KVM-over-IP – Vorteile und Herausforderungen
 Die IP-Technologie hält seit Jahren immer stärker Einzug in alle Lebensbereiche. Vor allem viele Kontrollraumanwendungen  profitieren auf vielfältige Weise vom IP-Einsatz. Der Wunsch nach einer Vereinheitlichung der Netzwerktechnik und der Integration der KVM-Komponenten in die bestehende Infrastruktur ist daher immer stärker präsent. Die Nutzung vorhandener Verkabelung, Switche und Router bringen nicht nur eine Kosteneinsparung mit sich, sondern vor allem Flexibilität und Erleichterungen durch eine zentrale Verwaltung.

STANDARDKOMPONENTEN DER NETZWERKTECHNIK
Die Nutzung von Standardkomponenten der Netzwerktechnik macht KVM-over-IP besonders interessant, da bereits bestehende IT-Installationen leichter, flexibler und kostensparender skaliert werden können. Bestehende Strukturen können je nach Anwendungsparametern eventuell mitgenutzt werden. Die Technik ist nahezu plug&play-fähig, was Installations- und Bedienkomfort erhöht. 

G&DS KVM-OVER-IP
 G&D bietet in seinem Portfolio sowohl Lösungen für klassisches KVM als auch für KVM-over-IP. Mit seiner neuen  Matrix für KVM-over-IP begegnet das Unternehmen der steigenden Nachfrage seiner Kunden nach IP-Lösungen im KVM-Bereich. Der ControlCenter-IP bildet zusammen mit einer Serie von IP-Extendern eine leistungsstarke Matrix, mit der jedem angeschlossenen Bedienplatz Zugriff auf jeden abgesetzten Rechner gewährt werden kann. Der Transport der KVM-over-IP-Pakete erfolgt im herkömmlichen Netzwerk durch Netzwerkswitche und Router, der Control- Center-IP steuert hingegen die Vermittlungslogik bei. Die Übertragung erfolgt komprimiert mit CAT-Verkabelung  der Lichtwellenleiter über Standard-IP-basierte Netzwerke auf Layer 3, mit einer Datenübertragungsrate von bis zu 1 Gbit/s pro Strecke.

VORTEILE UND HERAUSFORDERUNGEN
 IP-gestützte Strukturen bringen viele Vorteile, aber auch Herausforderungen mit sich. Ein großer Vorteil ist, dass  IP-Netzwerke immer leistungsstärker werden. Installationen mit einer Netzwerktechnik mit 10 Gbit, 40 bit oder gar 100 Gbit Bandbreite sind keine Ausnahmen mehr. Somit steht genug Bandbreite zur Verfügung und IT-Installationen können leicht skaliert und via IP-Zugriff  umgesetzt werden. Systemadministratoren sind mit dem Thema IP vertraut und viele nutzen bereits IP-Strukturen für diverse Anwendungen. So scheint KVM-over-IP der nächst logische Entwicklungsschritt für die IT-gestützten Strukturen zu sein.

Anders verhält es sich, wenn die bestehende Netzwerktechnik über eine nur geringe Datenübertragungsrate verfügt. Die für die IP-Systeme von G&D empfohlene Bandbreite liegt bei 1 GBit je Übertragung.

Bei bestehenden Infrastrukturen mit einer kleineren Bandbreite können je nach Applikationsanforderung mehrere KVM-Geräte bei Bedarf gebündelt und die Bandbreite pro Strecke auf ca. 300 Mbit bis 500 Mbit reduziert werden, wenn beispielsweise nur normale Büroanwendungengewünscht sind. So kann auch ein Netzwerk mit limitierten  Uplinks auf 1-GBit-Basis ausreichen, um eine kleineKVM-Installation in IP-Zugriff zu bringen.

Ein weiterer Vorteil der IP-gestützten Strukturen liegt darin, dass IP-Netzwerke duplex-fähig sind. Daher kann die Verkabelung in beiden Richtungen für KVM-Pakete genutzt  werden. Das bringt weitere Flexibilität mit sich, sodass unterUmständen – z. B. bei Installationen mit zwei Unternehmensgebäuden,  die verbunden werden sollen, Verkabelung eingespart werden kann. 

Doch die Überlegung, ob nicht ein separates KVM-Netzwerk die bessere Lösung ist, lohnt hier allemal und ist in der Regel immer die bessere Wahl, um zu verhindern, dassandere netzwerkfähige Prozesse bis hin zu Bürogeräten wie  Drucker, Fax etc. über das gleiche Medium IP-Pakete transportierenund somit die verfügbare Bandbreite reduzieren.

KVM-OVER-IP AUF EINEN BLICK: 

  •  Leichte Skalierbarkeit durch Nutzung von Standard- Netzwerkkomponenten („COTS“) 
  • Vereinheitlichung der Netzwerktechnik durch Integration der KVM-Komponenten in die bestehende Infrastruktur 
  •  Leistungsstarke Technik mit hohen Bandbreiten 
  • Upgrade von Backbones, z. B. auf 40 Gbit/s jederzeit möglich 
  • Netzwerk ist duplex-fähig, daher sind beide Richtungen einer Verkabelung für KVM (vor allem auch Video) nutzbar, was Flexibilität mitbringt und unter UmständenVerkabelung einsparen kann (z. B. bei Applikationen mit  zwei Unternehmensgebäuden, die verbunden werden sollen) 
  • Nahezu plug&play-fähig 
  • Typischerweise IP als dem IT-Administrator vertraute Technik
  • Bei vorhandenen Switchen: KVM-Kanäle/-Geräte bündelbar, Bandbreite kann begrenzt werden 
  • Wirtschaftlicher Aspekt: Je nach Projektanforderungen und Rahmenbedingungen ist KVM-over-IP finanziell interessant

WIE VERHÄLT ES SICH MIT ANWENDUNGEN, DIE FÜR IHRE TÄGLICHEN AUFGABEN NATURGEMÄSS GROSSE BANDBREITEN BENÖTIGEN? 
 In solchen Anwendungsfällen empfiehlt sich immer, ein igenes Netzwerk für die KVM-Technik aufzusetzen, ob als klassisches KVM-Netzwerk oder als KVM-over-IP-Netzwerk, das hängt jeweils von Applikation, Projektanforderungenund Kundenwünschen ab.

CHECKLISTE: Diese Aspekte müssen bei der Auswahl einer KVM-Lösung  im Vorfeld bedacht werden:

  •  Wird es eine Gesamtinstallation geben oder mehrere „Inseln“,die miteinander verbunden werden sollen? 
  •  Wie viele Endgeräte sollen angeschlossen werden?
  • An welchen Switchen im Netzwerk sollen welche Komponenten angeschlossen werden?
  • Welche Anwendung soll realisiert werden? Handelt es sich z. B. um eine normale Büroanwendung oder eine Kontrollraumanwendung  mit mehreren Standbildern oder soll gar eine TV-Live-Bildübertragung stattfinden?
  • Über welche Bandbreite verfügt mein Netzwerk und reicht diese aus? Oder benötige ich gegebenenfalls ein neues,  leistungsstärkeres Netzwerk? 
  • Bei komplexeren Installationen mit mehreren Teil-Netzwerken: Über welche Bandbreite verfüge ich zwischen den einzelnen Inseln? Gibt es „Bottlenecks“? 
  • Welche Signale müssen verteilt werden? Welche Videoauflösung wird benötigt?

4. Der Kernpunkt der KVM-Übertragung – das Videosignal beim klassischen KVM und beim KVM-over-IP 
 Eine der wichtigsten Anforderungen bei jeder KVM-Übertragung – unabhängig davon, ob klassisch oder über IP – betrifft die Videoqualität. Diese muss pixelperfekt und möglichst latenzfrei sein, ohne Schärfereduktion und mit hoher Performance.

DAS VIDEOSIGNAL BEIM KLASSISCHEN KVM
G&D entwickelt KVM-Systeme sowohl für komprimierte als  auch unkomprimierte Übertragung, entweder für CAT oder Fiber. Das Portfolio umfasst Systeme für DVI-, Dual-Link-DVI-, DisplayPort1.1- sowie DisplayPort1.2-Signale.  e nach Produktausprägung werden Videoauflösungen  is zu 4096x2160@60Hz (4K@60Hz) pro Kanal unterstützt. benfalls 8K@30Hz und 8K@60Hz werden unter  Verwendung von zwei bzw. vier Videokanälen unterstützt.

Die klassischen, komprimierenden KVM-Systeme von G&D arbeiten pixelperfekt und setzen das hauseigene Kompressionsverfahren HDIP ein. Dieses ermöglicht die verlustfreie  Übertragung von Videosignalen mit einer Auflösung von 4K bei 60Hz. Dank des bewährten Kompressionsverfahren  ommen die Systeme mit weniger Bandbreite zur Signalübertragung aus – liefern aber genauso eine optimale Bildqualität sowie latenzfreie Bedienung.

DAS VIDEOSIGNAL BEIM KVM-OVER-IP
Das System für KVM-over-IP erlaubt eine pixelperfekte Videoübertragung und ermöglicht etwa mit DP1.2-Vision-IP,  DP-Vision-IP, DL-DVI-Vision-IP sowie DVI-Vision-IP Extender-  ösungen für DP1.2a und DP1.1a sowie Single-Link und Dual-Link DVI – mit einer bestmöglichen Performance und einer pixelperfekten Videoqualität bis hin zu 4K@60Hz  ber IP. Die Signalübertragung erfolgt komprimiert, verlustund nahezu latenzfrei, wobei keine Schärfereduktion bei der Übertragung vorgenommen wird. KVM-over-IP setzt ebenfalls das hauseigene Kompressionsverfahren High Dynamic Image Processing (HDIP) ein, wodurch verlustfreieÜbertragung und Videoauflösungen bis zu 4K bei 60  Hz möglich sind.

5. Ausblick
Die neuen IP-Systeme sind keine generelle Ablösung der klassischen Systeme – die ihre ganz eigenen Vorteile haben  und bei vielen Projekten eher das Mittel der Wahl sind. Ob IP oder klassisch, der wichtigere Punkt ist eher: um zukunftssicher zu sein, müssen Systeme anpassungsfähigsein, damit sie auch bei sich ändernden Anforderungen noch genutzt werden und bei wachsender Systemarchitektur nachträglich ausgerüstet werden können.

Eine allgemein gültige Handlungsempfehlung pro IP oder pro klassische Systeme kann nicht ausgesprochen werden, da sich jedes Projekt sehr individuell anhand der  Projektanforderungen und Rahmenbedingungen ausgestaltenlässt. Daher müssen bei der Planung einer KVM-Installation  einige wichtige Aspekte berücksichtigt werden (s. Checkliste auf S. 26). Je nach Projektkriterien lohnt daherimmer eine Kosten-Nutzen-Analyse. 

Neben Rahmenparametern, die auf Basis der gegebenenInfrastruktur oder Zielsetzung entscheidend für klassisch  oder IP sind, spielen auch subjektive Faktoren eine große Rolle.


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