usb hub（集線器）的工作原理

　　無論你是一名電腦初學(xué)者，還是資深發(fā)燒友，有一種電腦設(shè)備你幾乎每天都在與其打交道，這就是各種基于USB 接口的外設(shè)，例如USB 鼠標、USB 鍵盤、USB 攝像頭、USB打印機、移動硬盤、閃盤等

　　實際上，USB 接I 1自誕生以來，其具有可熱插拔、即插即用兩大優(yōu)異的特性，很快便贏得了用戶的青睞。一時間各種基于USB 接［ 1的外設(shè)層出不窮，逐步將過去采用并口及串口的老舊設(shè)備淘汰出局。然而，這些品種繁多的USB 設(shè)備的出現(xiàn)，卻使得用戶不得不面臨著一個新 的問 題---USB 接口不夠用了。

　　提起USB Hub，相信通多童鞋對它都是“又愛又恨”。愛的是，它能解決電腦USB接口數(shù)量不夠用的尷尬，恨的是，速度慢、帶不動移動硬盤、每個接口的速度都還不一樣。那你有沒有想過，為啥USB Hub會如此招人恨呢？

　　說USB Hub速度慢，那你可是冤枉它了。只要USB Hub采用了品質(zhì)足夠好的主控芯片就不是問題，出問題的都是廉價貨。

　　USB HUB工作原理

　　USB HUB用于設(shè)備擴展連接，所有USB DEVICE都連接在USB HUB的端口上。一個USB HOST總與一個根HUB （USB ROOT HUB）相連。USB HUB為其每個端口提供100mA電流供設(shè)備使用。同時，USB HUB可以通過端口的電氣變化診斷出設(shè)備的插拔操作，并通過響應(yīng)USB HOST的數(shù)據(jù)包把端口狀態(tài)匯報給USB HOST。一般來說，USB設(shè)備與USB HUB間的連線長度不超過5m，USB系統(tǒng)的級聯(lián)不能超過5級（包括ROOT HUB）。

　　USB Hub的下游各個接口會平分上游接口帶寬，加上USB Hub本身也需要傳輸控制信號，所以下游各個設(shè)備的帶寬是必然要小于上游設(shè)備的總帶寬。

　　實際情況是，現(xiàn)在主流的USB 3.0設(shè)備都很難占滿總帶寬（5Gbps），比如主流的3.0 U盤大概只有100MB~200MB/s的傳輸速度，折合帶寬也不到2Gbps，所以實際情況是不一定。

　　USB Hub的原理比較復(fù)雜，USB協(xié)議規(guī)范里最復(fù)雜的部分就是Hub的章節(jié)，USB Hub與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（以太網(wǎng)）的Hub原理相差很多，如果真要類比的話，復(fù)雜度大概相當于網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備里的路由器。

　　USB協(xié)議中有控制傳輸、Bulk傳輸、中斷傳輸、同步傳輸四種模式，其中：

　　控制傳輸用于傳輸控制設(shè)備一級的指令；

　　Bulk傳輸（中文名可能叫批傳輸）主要用于傳輸USB各種大塊數(shù)據(jù)，比如U盤讀寫的數(shù)據(jù)；

　　中斷傳輸，用于傳輸小塊數(shù)據(jù)，鼠標鍵盤主要使用中斷傳輸；

　　同步傳輸，用于傳輸實時性不夠強的數(shù)據(jù)，也就是說不保證可靠性，部分USB音頻設(shè)備使用這種傳輸；

　　USB Hub負責整合下游設(shè)備的各種傳輸信號，其中同步傳輸有一定限制，如果超過總帶寬的某個比例（記憶中是20%），那么超出比例的同步傳輸將被丟棄；中斷傳輸和控制傳輸占用的是保留帶寬，不允許丟棄；Bulk傳輸占用剩下的帶寬，如果沒有同步傳輸，那么Bulk傳輸大概能占到90%以上的總帶寬。

　　USB Hub整合數(shù)據(jù)以后向上游設(shè)備發(fā)送，如果上游還有USB Hub，那么上游的設(shè)備還會繼續(xù)做同樣的操作。另外，需要說明的是，通常來說主機上的USB接口，本身就是一個Root Hub，如果一個PC上有多個接口，可能是多個接口共用一個控制器，每個控制器上有一個Root Hub。

　　所以USB Hub相當于重新封裝了各種數(shù)據(jù)包，類似于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備里的路由器，而不像交換機或者集線器（Hub）那么簡單。

　　同時USB Hub自身還是一個USB設(shè)備，負責向上級匯報自己的下級有多少個設(shè)備，它本身也要占用一些帶寬周期性匯報自己的狀態(tài)。

　　由于以太網(wǎng)等很多網(wǎng)絡(luò)（常見共享HUB連接的內(nèi)部網(wǎng)）是基于總線方式，物理上是廣播的，就是當一個機器發(fā)給另一個機器的數(shù)據(jù)，共享HUB先收到然后把它接收到的數(shù)據(jù)再發(fā)給其他的（來的那個口不發(fā)了）每一個口，所以在共享HUB下面同一網(wǎng)段的所有機器的網(wǎng)卡都能接收到數(shù)據(jù)。

　　交換式HUB的內(nèi)部單片程序能記住每個口的MAC地址，以后就該哪個機器接收就發(fā)往哪個口，而不是像共享HUB那樣發(fā)給所有的口，所以交換HUB下只有該接收數(shù)據(jù)的機器的網(wǎng)卡能接收到數(shù)據(jù)，當然廣播包還是發(fā)往所有口。顯然共享HUB的工作模式使得兩個機器傳輸數(shù)據(jù)的時候其他機器別的口也占用了，所以共享HUB決定了同一網(wǎng)段同一時間只能有兩個機器進行數(shù)據(jù)通信，而交換HUB兩個機器傳輸數(shù)據(jù)的時候別的口沒有占用，所以別的口之間也可以同時傳輸。這就是共享HUB與交換HUB不同的兩個地方，共享HUB是同一時間只能一個機器發(fā)數(shù)據(jù)并且所有機器都可以接收，只要不是廣播數(shù)據(jù)交換HUB同一時間可以有對機器進行數(shù)據(jù)傳輸并且數(shù)據(jù)是私有的。