usb hub（集线器）的工作原理

　　无论你是一名电脑初学者，还是资深发烧友，有一种电脑设备你几乎每天都在与其打交道，这就是各种基于USB 接口的外设，例如USB 鼠标、USB 键盘、USB 摄像头、USB打印机、移动硬盘、闪盘等

　　实际上，USB 接I 1自诞生以来，其具有可热插拔、即插即用两大优异的特性，很快便赢得了用户的青睐。一时间各种基于USB 接［ 1的外设层出不穷，逐步将过去采用并口及串口的老旧设备淘汰出局。然而，这些品种繁多的USB 设备的出现，却使得用户不得不面临着一个新 的问 题---USB 接口不够用了。

　　提起USB Hub，相信通多童鞋对它都是“又爱又恨”。爱的是，它能解决电脑USB接口数量不够用的尴尬，恨的是，速度慢、带不动移动硬盘、每个接口的速度都还不一样。那你有没有想过，为啥USB Hub会如此招人恨呢？

　　说USB Hub速度慢，那你可是冤枉它了。只要USB Hub采用了品质足够好的主控芯片就不是问题，出问题的都是廉价货。

　　USB HUB工作原理

　　USB HUB用于设备扩展连接，所有USB DEVICE都连接在USB HUB的端口上。一个USB HOST总与一个根HUB （USB ROOT HUB）相连。USB HUB为其每个端口提供100mA电流供设备使用。同时，USB HUB可以通过端口的电气变化诊断出设备的插拔操作，并通过响应USB HOST的数据包把端口状态汇报给USB HOST。一般来说，USB设备与USB HUB间的连线长度不超过5m，USB系统的级联不能超过5级（包括ROOT HUB）。

　　USB Hub的下游各个接口会平分上游接口带宽，加上USB Hub本身也需要传输控制信号，所以下游各个设备的带宽是必然要小于上游设备的总带宽。

　　实际情况是，现在主流的USB 3.0设备都很难占满总带宽（5Gbps），比如主流的3.0 U盘大概只有100MB~200MB/s的传输速度，折合带宽也不到2Gbps，所以实际情况是不一定。

　　USB Hub的原理比较复杂，USB协议规范里最复杂的部分就是Hub的章节，USB Hub与网络设备（以太网）的Hub原理相差很多，如果真要类比的话，复杂度大概相当于网络的设备里的路由器。

　　USB协议中有控制传输、Bulk传输、中断传输、同步传输四种模式，其中：

　　控制传输用于传输控制设备一级的指令；

　　Bulk传输（中文名可能叫批传输）主要用于传输USB各种大块数据，比如U盘读写的数据；

　　中断传输，用于传输小块数据，鼠标键盘主要使用中断传输；

　　同步传输，用于传输实时性不够强的数据，也就是说不保证可靠性，部分USB音频设备使用这种传输；

　　USB Hub负责整合下游设备的各种传输信号，其中同步传输有一定限制，如果超过总带宽的某个比例（记忆中是20%），那么超出比例的同步传输将被丢弃；中断传输和控制传输占用的是保留带宽，不允许丢弃；Bulk传输占用剩下的带宽，如果没有同步传输，那么Bulk传输大概能占到90%以上的总带宽。

　　USB Hub整合数据以后向上游设备发送，如果上游还有USB Hub，那么上游的设备还会继续做同样的操作。另外，需要说明的是，通常来说主机上的USB接口，本身就是一个Root Hub，如果一个PC上有多个接口，可能是多个接口共用一个控制器，每个控制器上有一个Root Hub。

　　所以USB Hub相当于重新封装了各种数据包，类似于网络设备里的路由器，而不像交换机或者集线器（Hub）那么简单。

　　同时USB Hub自身还是一个USB设备，负责向上级汇报自己的下级有多少个设备，它本身也要占用一些带宽周期性汇报自己的状态。

　　由于以太网等很多网络（常见共享HUB连接的内部网）是基于总线方式，物理上是广播的，就是当一个机器发给另一个机器的数据，共享HUB先收到然后把它接收到的数据再发给其他的（来的那个口不发了）每一个口，所以在共享HUB下面同一网段的所有机器的网卡都能接收到数据。

　　交换式HUB的内部单片程序能记住每个口的MAC地址，以后就该哪个机器接收就发往哪个口，而不是像共享HUB那样发给所有的口，所以交换HUB下只有该接收数据的机器的网卡能接收到数据，当然广播包还是发往所有口。显然共享HUB的工作模式使得两个机器传输数据的时候其他机器别的口也占用了，所以共享HUB决定了同一网段同一时间只能有两个机器进行数据通信，而交换HUB两个机器传输数据的时候别的口没有占用，所以别的口之间也可以同时传输。这就是共享HUB与交换HUB不同的两个地方，共享HUB是同一时间只能一个机器发数据并且所有机器都可以接收，只要不是广播数据交换HUB同一时间可以有对机器进行数据传输并且数据是私有的。