За 13 лет технология универсальной последовательной шины (Universal Serial Bus, USB) из несбыточной мечты превратилась в стандарт де-факто для подключения таких устройств, как ПК и периферия для видеоигр, портативные накопители, КПК и портативные медиаплееры. USB разрабатывалась с целью отказа от всех последовательных и параллельных портов на ПК, так как последние не были стандартизованы и нуждались в постоянно пополняемых и обновляемых многочисленных драйверах устройств.

Стимулами для первоначальной реализации USB служили:

  • стремление получить универсальное средство подключения ПК к телефону;
  • большая простота и гибкость при подключении компьютеров к периферийному оборудованию;
  • потребность в недорогом и удобном расширении портов для двунаправленных устройств.

На первых порах рынок не мог определиться, в каком направлении необходимо продвигать новую технологию, официально представленную консорциумом из семи лидеров компьютерной и телекоммуникационной отрасли в 1995 г. Сегодня USB представляет собой действительно универсальную технологию, играющую ключевую роль в конвергенции потребительских и коммерческих продуктов. Форум конструкторов USB (USB Implementers Forum, USB-IF) уже насчитывает 1000 членов, и его усилия поддерживаются множеством сторонников USB, оптимизирующих технологию.

Поначалу стандарт USB 1 специфицировал скорости передачи данных 1,5 и 12 Мбит/с. Однако повсеместное распространение технологии началось с появлением USB 2.0, где скорость шины возросла с 12 до 480 Мбит/с, т.е. в 40 раз. Исходная спецификация предусматривала 12 Мбит/с для высокоскоростных соединений и 1,5 Мбит/с для низкоскоростных (интерфейсных устройств, обеспечивающих взаимодействие между человеком и компьютером, например, таких, как манипулятор-мышь). К сожалению, для приложений, одновременно поддерживающих видео, аудио и печать, указанных скоростей было недостаточно, и ограничение по пропускной способности стало настоящей проблемой. Высокоскоростная шина USB 2.0 позволила сократить время загрузки информации и изображений — от нескольких минут до нескольких секунд.

USB 2.0 требовалось совместить с низкоскоростными устройствами USB 1.1. Устройства обоих типов могут подключаться к одному и тому же концентратору или компьютеру. Для достижения оптимальной скорости передачи данных рекомендуется отделять устройства USB 1.1 и 2.2 друг от друга. Технология USB получила широкое распространение среди пользователей, работающих дома и в офисах малых предприятий, но каковы ее успехи на корпоративном уровне — в серверных комнатах и центрах обработки данных?

В течение многих лет ПК оснащаются портами PS/2 и USB для подключения клавиатуры и мыши; конечно, порты USB могут использоваться и для самой разнообразной периферии: принтеров, сканеров, сетевых адаптеров, кабельных/DSL-модемов, внешних устройств хранения и так далее. На протяжении последних лет компьютеры Sun Microsystems и Apple Macintosh продаются только с портами USB для подключения клавиатуры и мыши — ни настольная шина Apple (Apple Desktop Bus, ADB), ни соединители Mini DIN-8 уже не встраиваются в эти машины. Сегодня практически все компьютеры имеют порты USB, а когда-то обязательные порты PS/2 сходят со сцены.

Производители переключателей KVM не сразу восприняли парадигму USB, но начинают переосмысливать ее значение для центров обработки данных по мере расширения функциональности вспомогательной периферии. Ключевыми становятся реализация и оптимизация USB.

Теоретически любой порт USB должен поддерживать любое устройство USB — в действительности это обычно не так. Необходимо, чтобы хосты USB корректно распознавали подключенные устройства и правильно взаимодействовали с ними, для чего в памяти хостов содержится подходящее программное обеспечение (обычно это достигается путем загрузки драйверов). Большинство современных операционных систем имеют встроенную поддержку базовой функциональности USB, например, 101- или 104-клавишная клавиатура и двух- или трехкнопочная мышь. Однако клавиатуры со специальными функциональными клавишами, мыши с различными колесиками прокрутки и программируемыми кнопками, принтеры, сканеры и т.д. нуждаются в специальных драйверах USB.

HID И ВСЕ ОСТАЛЬНЫЕ

HID расшифровывается как Human Interface Device, т.е. устройство, реализующее интерфейс, который обес-печивает взаимодействие человека и компьютера; как правило, речь идет о клавиатуре или мыши. Кроме того, это может быть графический планшет, джойстик, устройства для управления играми и т.п. В большинстве случаев HID используют традиционные соединители USB серии А для подключения к хост-компьютеру.

К категории «все остальные» (наша терминология никоим образом не может считаться стандартной) относятся принтеры, сканеры, жесткие диски, флэшки (крошечные твердотельные накопители с интерфейсом USB, используемые в качестве жесткого диска), цифровые камеры и т.д. Часто «все остальные» устройства имеют гнезда USB серии B с отсоединяемыми шнурами; эти шнуры оснащены разъемом USB серии B с одного конца и разъемом USB серии А с другого.

Применительно ко «всему остальному», пионером в разработке технологии USB была компания ATEN Technology — она первой выпустила карту USB 2.0 Certified Host Controller Card, а в 2000 г. совместно с Intel разработала карту контроллера USB на базе стандарта 2.0. Без этой ключевой технологии бум цифровых камер, флэш-накопителей и карт SD никогда бы не случился. Видение перспектив USB привело к созданию линии продуктов, которая в настоящее время эволюционировала в концентраторы, периферию, устройства хранения USB 2.0 и даже переключатели KVM с функциональностью USB.

Когда USB была впервые интегрирована в ПK, производители KVM предложили адаптеры для конвертации кабельных окончаний PS/2 для клавиатуры и мыши в одно кабельное соединение USB серии A. Между тем, с «консольной» стороны они по-прежнему подключались к стандартной периферии, что не позволяло использовать с KVM клавиатуру и мышь с интерфейсом USB. Некоторые производители выпустили небольшие (двух- и четырехпортовые) переключатели USB KVM с поддержкой консольной периферии USB, но, к сожалению, с грубой «сквозной» проводкой.

Одна из сложностей возникает при переключении устройства USB с одного компьютера (хоста) к другому. Поскольку переключатели KVM «перемещают» клавиатуру и мышь консоли с одного подключенного компьютера на другой, возможны сбой при загрузке драйвера USB, несовместимость драйвера и другие проблемы подключения.

Сначала появились переключатели KVM, где технология USB поддерживалась электронным образом внутри шасси, при этом они использовали унаследованные клавиатуру и мышь. Если ПК имели клавиатуру или мышь со специальными функциями, то применять другие HID c KVM было невозможно.

Сегодня несколько производителей предлагают переключатели KVM, поддерживающие как порты USB для клавиатуры и мыши, так и переключение периферии USB, доступ к которой можно получить с разных компьютеров. Например, KVM, обрабатывающий сигнал клавиатуры и мыши, обеспечивает маршрутизацию принтера, подключенного через USB. Многие производители предлагают эту возможность за счет «перемещения» принтера или другой периферии, когда пользователь переключает клавиатуру или мышь с одного компьютера на другой — подобная функциональность вряд ли может рассматриваться как приемлемая.

В отличие от портов USB на главном устройстве (компьютере), порты на переключателе KVM со стороны консоли предназначены исключительно для подключения клавиатуры и мыши, так как переключатель KVM должен предоставлять корректные драйверы для клавиатуры и мыши.

KVMP предлагает дополнительные порты USB и позволяет использовать их для другой периферии. Переключатели KVMP имеют большой потенциал для применения в центрах обработки данных, особенно в крупных организациях. Недавно представленный переключатель KVMP разработан специально для администраторов центров данных и представляет собой монтируемую в стойку 16-портовую модель с жидкокристаллическим экраном, снабженную дополнительным локальным консольным портом, поддержкой технологии совместного использования периферии и внешним портом для мыши (см. врезку «Продукты USB KVM в ЦОД»).

Порты USB могут подавать питание на подключенные устройства, в том числе на концентраторы, HID и другую периферию. Однако у некоторых компьютеров, в частности, ноутбуков/лаптопов, мощность подаваемой энергии через USB весьма ограничена.

KVM с подключением консоли по USB предоставляют скромную мощность питания в расчете на стандартные клавиатуру и мышь, причем никакой «разгон» невозможен, поэтому с KVMP рекомендуется использовать внешний источник энергии для подачи требуемой мощности на периферийные устройства.

USB СЕГОДНЯ

Сегодня пользователи освобождены от кабелей благодаря беспроводным клавиатуре и мыши. Многие производители предлагают такие системы, причем обычно они взаимодействуют с компьютером с помощью «брелка» USB по радиочастотному каналу (в диапазоне частот 900 МГц или 2,4 ГГц). Этим низкоскоростным интерфейсам USB могут потребоваться специальные драйверы, чтобы конкретная клавиатура или мышь распознавались правильно. Например, некоторые переключатели USB KVM надежно взаимодействуют с беспроводными клавиатурами и мышами ведущих производителей в плане базовой функциональности.

Применительно к USB можно выделить две категории «беспроводных» средств. Вышеприведенная категория наиболее распространена, но в настоящее время разрабатывается новый стандарт на высокоскоростные беспроводные соединения USB, который будет поддерживать разделяемые беспроводные жесткие диски USB, видео/аудиоканалы и т.п. Certified Wireless USB (WUSB) представляет собой логичес-кое расширение USB и призван упрос-тить подключение периферии и других устройств. Wireless USB базируется на ультраширокополосной технологии (Ultra Wideband Technology, UWB), поддерживая ту же скорость данных (480 Мбит/с) на расстоянии до 2 м. Хотя такие устройства способны осуществлять передачу со скоростью до 480 Мбит/с, UWB не требуется для выполнения базовых контрольных функций KVM. Однако будущие модели KVMP будут поддерживать высокоскоростной беспроводной стандарт USB.

Как ожидается, у USB KVM весьма многообещающие перспективы. ПК с интерфейсом USB продано свыше 1 млрд, устройств USB еще больше, поэтому потенциал безграничен, тем более что постоянно будут появляться новые возможности в области дизайна и создаваться дополнительные продукты.

USB представляет собой общий стандарт на подключение периферии. Его топология с концентраторами USB и возможность передачи питания и данных по одному кабелю вызвали к жизни множество инноваций — от флэш-накопителей USB до переключателей USB KVM.

Хорошо спроектированный переключатель USB KVM будет корректно эмулировать постоянное присутствие клавиатуры и мыши для каждого подключенного компьютера, позволит использовать реальную клавиатуру и мышь USB для контроля и значительно повысит гибкость вычислительных центров будущего.

Аарон Джонсон — инженер по полевым приложениям в ATEN Technology. С ним можно связаться по адресу: ajohson@aten-usa.com.

Продукты USB KVM в ЦОД

TEN выпускает целый ряд продуктов USB KVM для центров обработки данных и серверных комнат. Такие решения, как KL3116, предлагают жидкокристаллическую консоль KVM с подключением к ней клавиатуры и мыши по USB и поддерживают серверы USB путем использования модуля ЦПУ USB, а CN8000 добавляет к этому удаленный доступ и виртуальную среду.

16-портовый переключатель KL3116 в конфигурации высотой 1U позволяет осуществлять мониторинг 16 компьютеров. Устройство обладает двухплатформенной совместимостью с поддержкой USB и PS/2. Для центра обработки данных корпоративного класса KL3116 предлагает возможность контроля до 512 компьютеров на смешанной платформе, для чего необходимо подключить по цепочке еще 31 устройство. KL3116 рассчитан на средние и крупные серверные и центры обработки данных, а также на военные, коммерческие, образовательные, медицинские и правительственные проекты, где требуется многоплатформенная поддержка в условиях ограниченного пространства.

CN8000 KVM on the NET предназначен для удаленного управления серверами. Он предоставляет администратору сети удаленный доступ к переключателям KVM и серверам по локальной сети, глобальной сети и Internet. Благодаря поддержке Virtual Media USB пользователи могут дистанционно передавать данные по внешнему каналу через подключенный переключатель на любой сервер и выполнять диагностические тесты, загружать файлы и инсталлировать заплаты на программы или операционную систему непосредственно по соединению Virtual Media. CN8000 предлагает соединения как PS/2, так и USB и содержит модемный порт, по которому может быть организовано резервное соединение (Out-Of-Band Connectivity, OOBC) для чрезвычайного доступа при недоступности сети. С помощью CN 8000 администраторы сети могут подключить блок управления по IP к имеющимся переключателям KVM для централизованного контроля за серверами и компьютерами, управления устройствами заказчиков и удаленной работы, даже если сеть вышла из строя.