USB hub

Ένα USB hub είναι μια συσκευή που επεκτείνει μια μονη Σειριακού Διαύλου (USB) θύρα σε αρκετές έτσι ώστε να υπάρχουν περισσότερες διαθέσιμες θύρες για να συνδέθουν συσκευές σε ένα κεντρικό σύστημα, παρόμοιο με ένα πολύπριζο.
Οι διανομείς USB είναι συχνά ενσωματωμένοι σε εξοπλισμό, όπως υπολογιστές, πληκτρολόγια, οθόνες ή εκτυπωτές. Όταν η συσκευή έχει πολλές θύρες USB, όλες συνήθως προέρχονται από ένα ή δύο εσωτερικές USB hubs και όχι το κάθε θυρα έχει ανεξάρτητο USB κύκλωμα.
Στη φυσικη διασταση ξεχωριστά USB hubs έρχονται σε μια ευρεία ποικιλία των παραγόντων μορφή: από εξωτερικά κουτιά (παρόμοια με αυτα των Ethernet ή των διανομέων δικτύου) να συνδεθούν με ένα μακρύ καλώδιο, σε μικρά σχέδια που μπορούν να είναι άμεσα συνδεδεμένα σε μια θύρα USB (δείτε το «συμπαγές σχέδιο» εικόνα). Στη μέση περίπτωση, υπάρχουν κεντρα για «κοντά καλώδια» τα οποία συνήθως χρησιμοποιούν αναπόσπαστο καλωδιο 6-ιντσών για να δωσουν μια μικρή απόσταση από ένα μικρό κόμβο μακριά από το πραγματική θύρα της συμφόρησης και φυσικά να αυξήσει τον αριθμό των διαθέσιμων θυρών.
Οι Lap-top υπολογιστές μπορεί να είναι εξοπλισμένοι με πολλές θύρες USB, αλλά ένα εξωτερικό USB hub μπορεί να εδραιώσει πολλές καθημερινές συσκευές (όπως ένα ποντίκι και εκτυπωτής) σε ένα ενιαίο κόμβο για να ενεργοποιήσει τη σύνδεση με ενα βημα και την αφαίρεση όλων των συσκευών.

Φυσική διάταξη

Ενα USB δίκτυο είναι χτισμένο από USB hubs συνδέδεμενς κατωφερεις στις θύρες USB, οι οποίες μπορεί να οφείλονται σε διανομείς USB. Οι διανομείς USB μπορεί να επεκτείνουν ένα δίκτυο USB στο μέγιστο των 127 θυρων. Η προδιαγραφη για USB απαιτεί τροφοδοτουμενα απο τη βαση / παθητικούς κόμβους που δεν μπορούν να συνδεθούν σε σειρά με άλλη βαση- που τροφοδοτεί κόμβους.
Οι θύρες USB είναι συχνά σε στενές στο χωρο διαταξεις. Κατά συνέπεια, για να συνδέσετε μια συσκευή σε μία θύρα μπορεί καποιος να μπλοκαρει σωματικά τη παρακείμενη θυρα, ιδιαίτερα όταν το βύσμα δεν είναι μέρος του καλωδίου, αλλά είναι αναπόσπαστο κομμάτι σε μια συσκευή όπως ένα USB flash drive. Μια οριζόντια σειρά από οριζόντιες υποδοχές μπορεί να είναι εύκολο να κατασκευαστεί, αλλά μπορεί να προκαλέσει μόνο δύο από τις τέσσερις θύρες να μπορούν να χρησιμοποιηθούν (ανάλογα με το πλάτος της συσκευης).
Οι σειρες σε θυρες στις οποίες οι θυρες εχουν προσανατολισμό κάθετο προς την σειρά προσανατολισμού γενικά έχουν λιγότερα προβλήματα απόφραξης. Εξωτερικοί κομβοι σε σχηματισμους «Χταπόδι» ή «Καλαμάρι» (με κάθε υποδοχή στο τέλος της με ένα πολύ κοντό καλώδιο ίσως και 2 ίντσες μακρύ), ή σε σχημα "αστέρι" κόμβους (με κάθε θυρα που αντιμετωπίζει σε μια άλλη κατεύθυνση, όπως απεικονίζεται) αποφεύγεται αυτό το πρόβλημα εντελώς.

Περιορισμοί μήκους

Τα καλώδια USB, περιορίζονται σε 3 μέτρα (10 πόδια) για low-speed USB 1.1 συσκευές. Ένας κόμβος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα ενεργό USB repeater για να επεκτείνει το μήκος του καλωδίου για έως και 5 μέτρα (16 πόδια) μήκος καθες φορα. Ενεργά καλώδια (εξειδικευμένη υποδοχή-ενσωματωμένη μια-θυρα κομβοι) εκτελούν την ίδια λειτουργία, αλλά δεδομένου ότι είναι αυστηρά τροφοδοτείμενα απο τη βαση, που τροφοδοτουνται εξωτερικά (οχι-η-βαση-που τροφοδοτείται) οι διανομείς USB πιθανόν να είναι απαραίτητα για ορισμένα από τα τμήματα.

Τροφοδοσια

Μια bus-powered hub (παθητικός κομβος) είναι ένα κομβικό σημείο που αντλεί όλη του την δύναμη από τον κεντρικό υπολογιστή USB interface. Δεν χρειάζεστε ξεχωριστή σύνδεση ρεύματος. Ωστόσο, πολλές συσκευές απαιτούν περισσότερο ρευμα από ό, τι η μέθοδος αυτή μπορεί να προσφέρει και δεν θα λειτουργήσει σε αυτό το είδος του κόμβου. Μπορεί να είναι επιθυμητό να χρησιμοποιήσετε ένα bus-powered hub με self-powered (αυτο-τροφοδοτουμενες) στον εξωτερικό σκληρό δίσκο μονάδες, δεδομένου ότι δεν μπορεί να μεταβεί σε κατάσταση αναστολής λειτουργίας αμέσως μετά από τη διακοπής ή αναστολής λειτουργίας του υπολογιστη, όταν χρησιμοποιείτε ένα αυτοτροφοδοτούμενο hub, δεδομένου ότι θα συνεχίσει να εχει μια πηγή ενέργειας για τις θύρες USB όταν χρησιμοποιείτε ένα αυτοτροφοδοτούμενο hub.
Το USB χρησιμοποιεί το ηλεκτρικό ρεύμα κατανέμημενο σε μονάδες των 100 mA μέχρι το μέγιστο ποσό των 500 mA ανά θύρα. Ως εκ τούτου, ένα συμβατό bus powered hub μπορεί να έχει περισσότερες από τέσσερις θύρες και δεν μπορεί να προσφέρει περισσότερα από τέσσερα 100 mA μονάδες  συνολικά στις μεταγενέστερες συσκευές (από τον κόμβο που χρειάζεται μία μονάδα για τον εαυτό της). Αν μια συσκευή απαιτεί περισσότερες μονάδες ρεύμα από οτι η θυρα που είναι συνδεδεμένη μπορει να παρεχει, το λειτουργικό σύστημα συνήθως το αναφέρει αυτο στο χρήστη.

Σε αντίθεση, ένα self-powered hub είναι αυτό που παίρνει το ρευμα του από μια εξωτερική μοναδα παροχής ηλεκτρικού ρεύματος και μπορεί, συνεπώς, να παρέχει πλήρες ρευμα (μέχρι 500 mA)
 σε κάθε θυρα. Πολλοί κόμβοι μπορούν να λειτουργήσουν είτε ως bus powered ή self powered κόμβους.
Ωστόσο, υπάρχουν πολλές μη συμμορφούμενων προδιαγραφων διανομείς στην αγορά, τα οποία δηλώνουν οτι ειναι self-powered αλλα στην αληθεια ειναι bus-powered. Εξίσου υπάρχουν πολλά μη-συμβατές συσκευές που χρησιμοποιούν περισσότερα από 100 mA χωρίς να ανακοινώνουν το γεγονός αυτό (ή, πράγματι, μερικές φορές χωρίς να προσδιορίζουν τους εαυτούς τους ως συσκευές USB). Οι διανομείς και οι συσκευές επιτρέπουν μεγαλύτερη ευελιξία στη χρήση της ενέργειας (ιδίως πολλές συσκευές χρησιμοποιούν πολύ λιγότερο από 100 mA και πολλές θύρες USB μπορούν να παρέχουν περισσότερα από 500 mA πριν πάνε σε υπερφόρτωση shut-off), αλλά είναι πιθανό να κάνουν προβλήματα τροφοδοσίας δύσκολο να διαγνωστούν.

Κάποια self-powered hubs δεν παρέχουν αρκετή ρευμα για να υποστηριξουν ένα 500 mA
 ρεύμα σε κάθε θύρα. Για παράδειγμα, πολλές επτά θυρες συσκευες έχουν 1A παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, όταν στην πραγματικότητα επτά λιμάνια θα μπορούσε να τραβήξει έως 7 x 0.5 = 3.5 A, συν το ρευμα για την συσκευη την ιδια. Οι σχεδιαστές υποθέτουν ότι είναι πιο πιθανό για τον χρηστη να συνδέσει πολλές χαμηλού ρεύματος συσκευές και μία ή δύο που απαιτούν ένα πλήρες ρευμα 500 mA.  Από την άλλη πλευρά, η συσκευασία για κάποια self-powered hubs λεει ρητά πως πολλές απο τις θυρες μπορούν να τροφοδοτηθουν απο ενα ένα πληρες ρευμα 500 mA ταυτόχρονα. Για παράδειγμα, η συσκευασία σε μια επτά-θυρη συσκευη hub μπορεί να ισχυρίζεται οτι υποστηρίζει ένα μέγιστο αριθμό τεσσάρων συσκευων με πληρες φορτίο.
Δυναμικοί-powered κόμβοι είναι κόμβοι που μπορεί να λειτουργήσουν ως bus-powered, καθώς και ως self-powered κόμβους. Μπορούν αυτόματα να εναλλασονται μεταξύ των τρόπων, ανάλογα με το αν ένα ξεχωριστό τροφοδοτικό είναι διαθέσιμο ή όχι. Κατά την εναλλαγή από τη bus-powered στη self-powered λειτουργία δεν απαιτειται απαραίτητα η άμεση επαναδιαπραγμάτευση με τον ξενιστή (host), η μετάβαση από την self-powered σε bus-powered λειτουργία μπορεί να προκαλέσει συνδέσεις USB να κανουν επαναφορτωση εάν οι συνδεδεμένες συσκευές προηγουμένως ζήτησαν περισσότερη δύναμη από ότι ηταν διαθέσιμη σε bus-powered λειτουργία.

Ταχύτητα

Για να λειτουργουν υψηλής ταχύτητας (USB 2.0) συσκευές στην ταχύτερη λειτουργία όλων των κόμβων μεταξύ των συσκευών και του υπολογιστή πρέπει να είναι υψηλής ταχύτητας.Οι high-speed συσκευές θα πρέπει να λειτουργουν σε πλήρη ταχύτητα (USB 1.1), όταν συνδεθούν σε μια πλήρης-ταχύτητας hub (ή να συνδεθούν με μια παλαιότερης πλήρης-ταχύτητας θύρα υπολογιστή). Ενώ οι κομβοι υψηλής ταχύτητας μπορούν να επικοινωνούν σε με τις συσκευές σε πολλές ταχύτητες, η χαμηλή και πλήρης-ταχύτητα κυκλοφορίας συνδυάζονται και διαχωρίζονται από την υψηλή ταχύτητα κυκλοφορίας μέσα από μια συναλλαγή μεταφρασης. Κάθε συναλλαγή μεταφρασης απομονώνει τη χαμηλότερη ταχύτητα κυκλοφορίας, με τη δική της μνημη, ουσιαστικά δημιουργώντας μια εικονική πλήρη-ταχύτητα βαση. Μερικά σχέδια χρησιμοποιούν μια ενιαία συναλλαγή μετάφρασης (STT), ενώ άλλα σχέδια έχουν πολλές μεταφρασεις (MTT). Έχοντας πολλαπλές μεταφρασεις υπαρχει ένα σημαντικό όφελος, όταν κάποιος συνδέει πολλαπλές high-bandwidth πλήρης-ταχύτητας συσκευές.

Πρωτόκολλα

Κάθε κόμβος έχει ακριβώς μία θύρα upstream και μια σειρά από θύρες. Η upstream θύρα συνδέει το hub (άμεσα ή μέσω άλλων κόμβων) στον κεντρικό υπολογιστή. Άλλοι κόμβοι ή συσκευές μπορούν να συνδεθούν με τις θύρες. Κατά τη διάρκεια της κανονικής μετάδοσης, οι κόμβοι είναι ουσιαστικά διαφανοί: τα δεδομένα που λαμβάνονται από την upstream θυρα μεταδίδονται σε όλες τις συσκευές που συνδέονται στις θύρες του * τα δεδομένα που λαμβάνονται από downstream θύρα γενικα διαβιβαζονται στην upstream θυρα. Με αυτόν τον τρόπο, αυτό που αποστέλλεται απο την συσκευή που έλαβε από όλους τους κόμβους και τις συσκευές, και αυτό είναι που αποστέλλεται από μια συσκευή που έλαβε από τον host αλλά όχι και από τις άλλες συσκευές (εξαίρεση αποτελεί η συνέχιση της σηματοδότησης). Η downstream δρομολόγηση έχει αλλάξει σε USB 3.0 με την προσθήκη της δρομολογης από σημείο σε σημείο: Μια διαδρομή συμβολοσειράς που αποστέλλεται στην επικεφαλίδα του πακέτου επιτρέπει τον USB 3.0 host να στείλει μόνο ένα πακέτο downstream σε μια ενιαία θύρα προορισμού, μειώνοντας την συμφόρηση και την κατανάλωση ενέργειας.
Οι κόμβοι δεν εμφανιζουν όταν ασχολούνται με τις αλλαγές στην κατάσταση των θύρων, όπως η προσθήκη ή αφαίρεση συσκευών. Ειδικότερα, αν μια downstream θύρα του hub αλλαζει κατάσταση, η αλλαγή αυτή αντιμετωπίζεται με μια αλληλεπίδραση μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και αυτό το κομβικό σημείο * οι κόμβοι μεταξύ τους εμφανιζουν τις αλλαγες μεταξυ τους σε αυτή την περίπτωση.
Για το σκοπό αυτό, ο κάθε κόμβος έχει ενα ενιαίο τελικό σημείο «1» (endpoint διεύθυνση 1, hub-to-host κατεύθυνση) που χρησιμοποιείται για να σηματοδοτεί αλλαγές στην κατάσταση των downstream θύρων. Όταν κάποιος συνδεει μια συσκευή, ο κόμβος ανιχνεύει την τάση είτε Α+ ή Α - και σηματοδοτεί την εισαγωγή στον κεντρικό υπολογιστή μέσω αυτής της παράμετρου της τασης του τελικου σημειου. Όταν ο host πολώνει αυτή τη παράμετρικη ταση, μαθαίνει ότι η νέα συσκευή είναι παρούσα. Αυτό, στη συνέχεια, αναθέτει στο hub (μέσω του ελέγχου προεπιλεγμένου σωλήνα), να επαναφέρετε τη θύρα όπου η νέα συσκευή συνδεεται στην πρίζα. Αυτό το reset που κάνει η νέα συσκευή παιρνει τη διεύθυνση 0, και ο host μπορεί στη συνέχεια να αλληλεπιδρασει με αυτό, άμεσα, η αλληλεπίδραση αυτή θα έχει ως αποτέλεσμα την αντιστοίχιση της υποδοχής (μη μηδενική) με διεύθυνση στη συσκευή.

Μεταφραστής συναλλαγης

Οποιοδηποτε USB 2.0 hub που υποστηρίζει ένα υψηλότερο πρότυπο από ό, τι USB 1.1 (12 Mbit/s), θα μεταφράσει μεταξύ του χαμηλότερου προτύπου και των υψηλότερων πρότυπων, χρησιμοποιώντας αυτό που ονομάζεται ως μεταφραστής συναλλαγής (TT). Για παράδειγμα, αν μια USB 1.1 συσκευή είναι συνδεδεμένη σε μια θύρα USB 2.0 hub, τότε το ΤΤ θα αναγνωρίσει αυτόματα και θα μεταφράσει το USB 1.1 σήμα ως USB 2.0 για την σύνδεση. Ωστόσο, το προεπιλεγμένο σχέδιο είναι ότι όλες οι συσκευες χαμηλοτερων προτυπων μοιράζονται τον ιδιο μεταφραστη συναλλαγής και έτσι να δημιουργήθει ένα εμπόδιο, μια διαμόρφωση γνωστή ως μεταφραση ενιαίας συναλλαγής.
Κατά συνέπεια,μεταφραστές πολυ-συναλλαγών (Multi-TT) δημιουργήθηκαν, οι οποίοι παρέχουν περισσότερους μεταφραστές συναλλαγής, ωστε να αποφευγονται τα σημεία συμφόρησης . Να σημειώθει ότι το USB 3.0 hubs προς το παρόν δεν εκτελείται ο μεταφραστης συναλλαγής για τις super-speed USB 2.0 συσκευές.

Ηλεκτρονικό σχέδιο

Οι περισσότεροι διανομείς USB χρησιμοποιουν έναν ή περισσότερους ολοκληρωμένα ελεγκτές (ICs), από τους οποίους τα διάφορα σχέδια είναι διαθέσιμα από διάφορους κατασκευαστές. Περισσότεροι υποστηρίζουν τα four-port hub σύστηματα, αλλά κόμβοι που χρησιμοποιούν 16-port hub ελεγκτές είναι επίσης διαθέσιμοι στη βιομηχανία.

Το USB bus επιτρέπει επτά διαδοχικές σειρές των θυρών. Το root hub είναι το πρώτο της κατηγορίας, και η τελευταίες συσκευές είναι στην έβδομη σειρά, η οποία επιτρέπει σε 5 σειρές κόμβων μεταξύ τους. Ο μέγιστος αριθμός των συσκευών που χρησιμοποιούνται είναι μειωμένος από τον αριθμό των κόμβων. Με 50 κόμβους που επισυνάπτονται, ο μέγιστος αριθμός είναι 127 − 50 = 77.

Αντίστροφη ή την ανταλλαγή κόμβους

Επίσης διαθέσιμα είναι τα λεγόμενα «κοινής χρήσης hubs», τα οποία ουσιαστικά είναι τα αντίστροφα ενός USB hub, επιτρέποντας σε πολλούς υπολογιστές να έχουν πρόσβαση σε (συνήθως) μια ενιαία περιφερική. Αυτοί μπορεί να είναι είτε χειροκινητοι, ουσιαστικά ένας απλός διακόπτης-κιβώτιου ή ενα αυτόματο, με ενσωματωμένο μηχανισμό που αναγνωρίζει το PC που επιθυμεί να χρησιμοποιήσει τις περιφερειακές και διακόπτες αναλόγως. Δεν μπορει να χορηγήσει δύο υπολογιστές ωστε να έχουν πρόσβαση ταυτόχρονα. Ορισμένα μοντέλα, ωστόσο, έχουν τη δυνατότητα να ελέγχουν πολλαπλές περιφερειακές μονάδες ξεχωριστά (π. χ., δύο υπολογιστές και τέσσερα περιφερειακά, εκχώρειται η πρόσβαση χωριστά). Μόνο η απλούστεροι διακόπτες τείνουν να είναι αυτόματοι, και αυτό το χαρακτηριστικό γενικά τους θέτει σε υψηλότερη τιμή. Σύγχρονοι διακόπτες KVM μπορεί επίσης συχνά να μοιράζονται συσκευές USB μεταξύ πολλών υπολογιστών.