Uno Switch KVM (KVM è la sigla di keyboard (tastiera), video, mouse) è un dispositivo hardware che permette all'utente di controllare più computer da una singola tastiera, mouse e monitor. I dispositivi moderni hanno anche aggiunto la possibilità di condividere dispositivi USB e altoparlanti con più computer.
Denominata nel 1995 da Remigius Shatas (fondatore di Cybex, azienda che ha preceduto Vertiv), questa soluzione affronta efficacemente il problema dell'ingombro fisico, ottimizza il consumo energetico e semplifica l'infrastruttura di gestione centralizzata nei data center e negli ambienti di lavoro ad alta tecnologia. Con l'espansione dell'infrastruttura per includere ulteriori periferiche — come le unità di archiviazione rimovibili — la denominazione del dispositivo si è evoluta in KVMP (Keyboard, Video, Mouse, Peripheral).
A differenza dei principi dei sistemi KVM tradizionali, i dispositivi di condivisione del computer (o splitter KVM) invertono il flusso di controllo, consentendo a più postazioni di monitoraggio di accedere a un'unica unità di elaborazione centrale: un modello comunemente riscontrabile nei chioschi interattivi pubblici o nei sistemi di transazione in cui lo sportello di sicurezza è fisicamente separato dall'hardware di elaborazione.
Lo switch KVM può offrire diverse modalità di connessione ai computer. A seconda della densità delle porte e del tipo di connessione, lo switch KVM può presentare connettori nativi sul dispositivo a cui collegare i cavi standard (siano USB, PS/2, VGA, DVI) oppure un singolo connettore a cui collegare un cavo speciale il quale a sua volta si divide in connettori video, tastiera e mouse. Il vantaggio di questo cavo speciale è una riduzione del numero totale dei cavi e la riduzione delle dimensioni dello switch stesso.
Il controllo per passare da un computer all'altro può avvenire tramite pulsanti presenti sull'apparecchiatura o, più comodamente, tramite combinazioni di tasti.
Le prestazioni fondamentali di un'unità KVM dipendono dal metodo utilizzato per gestire la comunicazione USB-HID (Human Interface Device) tra le periferiche e le schede madri collegate. La scelta di una tecnologia inadeguata può causare latenza del segnale, perdita della funzionalità dei tasti di scelta rapida (hotkey) o conflitti a livello di sistema operativo durante la commutazione tra le porte.
| Classe Technology | Meccanismo di elaborazione del segnale USB | Latenza di commutazione | Supporto per tasti di scelta rapida (hot-key) | Compatibilità delle periferiche |
| Classe Hub-Based | Rie-numerazione completa (simile allo scollegamento e ricollegamento fisico del cavo). | Elevata (da 10 a 15 secondi, a seconda del sistema operativo). | Non supportato. | Soggetta a errori HPD (Hot Plug Detect); funzionalità ausiliarie limitate. |
| Classe Emulated | Simula segnali standard per il sistema di destinazione. | Bassa; commutazione rapida. | Sì (solo sulla porta dedicata alla tastiera). | Funziona solo con mouse e tastiere di base; disabilita macro e tasti multimediali. |
| Classe Semi-DDM | Utilizza il Dynamic Device Mapping (mappatura dinamica dei dispositivi) ma non mantiene la mappatura attiva su tutte le porte simultaneamente. | Inferiore a 1 secondo. | Sì (su tutte le porte Semi-DDM). | Buona compatibilità con touchscreen, tavolette digitalizzatrici e ricevitori wireless unificati. |
| Classe DDM | Mappa e mantiene intatti gli stati hardware su tutti gli host di destinazione simultaneamente. | Zero (commutazione istantanea). | Sì (pienamente supportato su tutte le porte DDM). | Piena compatibilità con dispositivi HID avanzati, rotelle di scorrimento specializzate e tastiere con macro. |
La comunicazione video nei sistemi KVM richiede un preciso equilibrio tra gli standard di connessione fisica e le capacità di gestione della larghezza di banda. Sebbene standard digitali come HDMI e DisplayPort siano onnipresenti nei sistemi grafici professionali e nelle configurazioni di gioco di fascia alta — come dimostrato dai moderni KVM DisplayPort 1.4 DDM che supportano risoluzioni 4K a 144 Hz, 5K a 120/240 Hz o 8K a 60 Hz tramite la tecnologia DSC (Display Stream Compression) — le porte analogiche VGA rimangono predominanti negli impianti industriali e negli armadi di rete di vecchia generazione grazie alla loro robustezza meccanica.
Per i flussi di segnale analogico, la larghezza di banda di commutazione (tipicamente 200 MHz nei dispositivi standard per supportare alte risoluzioni a 60 Hz) è determinata dalla risoluzione e dalla frequenza di aggiornamento (refresh rate). A causa del degrado del segnale dovuto all'invecchiamento dei componenti e alla lunghezza dei cavi, i principi di progettazione dei circuiti KVM analogici impongono che la larghezza di banda effettiva sia pari a tre volte quella teorica del segnale in ingresso.
Questo requisito mira a prevenire la perdita di segnale al di fuori dell'intervallo di frequenza operativa del display, evitando così problemi quali sfocatura del testo, disallineamento di fase o imprecisioni cromatiche. Tale aspetto è particolarmente critico per i monitor a tubo catodico (CRT) di vecchia generazione, che richiedono frequenze di aggiornamento molto elevate per eliminare lo sfarfallio, comportando una richiesta di larghezza di banda nettamente superiore rispetto ai monitor LCD a schermo piatto con la stessa risoluzione.
Oltre alla capacità di trasmissione, la gestione del canale DDC (Display Data Channel) e dei dati EDID (Extended Display Identification Data) — trasmessi tramite pin dedicati del connettore — svolge un ruolo fondamentale per la stabilità del sistema operativo:
Le specifiche tecniche hardware di Microsoft stabiliscono chiaramente che uno switch KVM conforme deve trasmettere in modo trasparente tutti i flussi di dati I2C tra l'host e il monitor, mantenere livelli di segnale stabili e privi di disturbi sulle porte inattive ed evitare rigorosamente di generare segnali di Hot Plug Detect (HPD) durante la commutazione tra i computer. Tuttavia, per i moderni monitor da ufficio dotati di funzionalità KVM integrata, la maggior parte dei produttori utilizza circuiti di commutazione di base, simili a quelli degli hub.
Tali circuiti integrati sono privi di meccanismi di emulazione HID e di alimentazione EDID indipendente per gli host in standby; inoltre, supportano al massimo due computer collegati e non sono in grado di gestire configurazioni multi-monitor.
Nella prima generazione di dispositivi — apparsi intorno al 1988, come quelli progettati da Rose Electronics — gli switch KVM funzionavano in modo interamente meccanico, utilizzando commutatori rotativi multipolari per instradare i circuiti di contatto in rame. Queste unità meccaniche consentivano la condivisione tra un numero di computer compreso tra due e quattro, raggiungendo un limite fisico di circa 12 connessioni. Il principale svantaggio di tale progettazione era la completa disconnessione del circuito da qualsiasi computer non selezionato in quel momento.
Se un computer del gruppo si riavviava mentre lo switch KVM non era indirizzato su di esso, il BIOS della scheda madre — non rilevando la tastiera — interrompeva immediatamente la procedura di avvio del sistema operativo (generando un errore di tipo "Keyboard Error") oppure caricava una configurazione senza mouse, impostando la risoluzione video al valore minimo predefinito. Inoltre, i contatti meccanici erano soggetti a una rapida ossidazione nel tempo; il conseguente aumento della resistenza elettrica causava alterazioni cromatiche sullo schermo o un funzionamento irregolare del mouse, costringendo gli utenti a muovere ripetutamente la manopola rotativa per ripristinare il corretto contatto elettrico.
L'avvento, intorno al 1990, di dispositivi elettronici attivi basati sulla commutazione tramite pulsanti — introdotto per primo da Cybex — eliminò efficacemente tali limitazioni meccaniche. I KVM elettronici integravano microprocessori dedicati per mantenere attivi i segnali delle periferiche (un processo noto come emulazione delle periferiche). Trasmettendo costantemente segnali che simulavano la presenza di tastiera, mouse e monitor collegati, i KVM attivi permettevano ai computer e ai server dei data center di riavviarsi in sicurezza dopo un'interruzione di corrente, senza richiedere la presenza fisica di personale tecnico.
Parallelamente a questi progressi hardware, anche i metodi di controllo della commutazione subirono notevoli miglioramenti. Nel periodo 1992-1993, Cybex sviluppò un meccanismo basato su "hot-key" (tasti di scelta rapida), che consentiva agli utenti di cambiare porta direttamente dalla tastiera utilizzando combinazioni di tasti dedicate — come la doppia pressione dei tasti Ctrl, Bloc Scorr (Scroll Lock) o Stamp (Print Screen) — spesso in abbinamento a un menu OSD (On-Screen Display).
Per rispondere alle moderne esigenze operative derivanti dalla diffusione del lavoro da remoto, sono stati introdotti dispositivi KVM integrati con docking station (KVM+Dock); questi consentono di gestire flussi dati duali DisplayPort 1.4 e Thunderbolt 4, permettendo così di condividere un unico set di periferiche — tastiera, mouse e monitor grafico ad alto refresh rate — tra un PC desktop fisso e un portatile aziendale. In termini di capacità di connessione, uno switch autonomo può supportare da 2 a 64 porte fisiche utilizzando cavi KVM dedicati, che raggruppano tre percorsi di segnale (tastiera, monitor e mouse) in un unico cavo schermato. Per i data center di grandi dimensioni, unità KVM specifiche supportano configurazioni a cascata o "daisy-chain", estendendo le funzionalità di controllo centralizzato di una singola console alla gestione di oltre 1.000 server fisici.
Quando i server sono alloggiati in rack all'interno di locali climatizzati separati dall'area operativa, il controllo si affida a tecnologie in grado di trasmettere i segnali di comando a distanza. Tali soluzioni rientrano in tre categorie di implementazione tecnica:
Per quanto riguarda l'hardware interno dei sistemi IPKVM, l'acquisizione delle immagini su schede basate su bus PCI utilizza la tecnica dello "screen scraping" (lettura diretta del buffer video). Questo metodo richiede che la scheda di acquisizione identifichi con precisione il processore grafico e la modalità di visualizzazione corrente per convertire il contenuto del buffer in pixel digitalizzati.
Al contrario, le schede di sottosistema OPMA (Out-of-Band Management Architecture) di nuova generazione estraggono i dati dell'immagine direttamente dal bus digitale DVI. Per quanto riguarda i segnali di input, la circuiteria centrale decodifica i segnali di tastiera e mouse tramite gli standard PS/2 o USB, utilizzando al contempo un server VNC integrato per sincronizzare i protocolli video su piattaforme di gestione standard come IPMI e Intel AMT.
Per garantire la sicurezza dell'infrastruttura informativa, molti chipset KVM industriali implementano rigorosi meccanismi di controllo dei dispositivi basati su whitelist. Mentre alle periferiche USB-HID standard (come mouse e tastiere di base) viene concesso l'accesso automatico, le periferiche specializzate o non standard — quali tavolette grafiche, touchscreen specifici o chiavi di sicurezza hardware — vengono completamente bloccate finché un amministratore non recupera manualmente l'ID hardware dalla gestione dispositivi del sistema operativo e lo inserisce nella tabella di autorizzazione dello switch KVM.
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