USB 허브

섬네일|4포트 "긴 케이블" "외부 상자" USB 허브
섬네일|4포트 "콤팩트 디자인" USB 허브: 업스트림 및 다운스트림 포트 표시
USB 허브(USB hub)는 단일 범용 직렬 버스 (USB) 포트를 여러 개로 확장하여 멀티탭과 유사하게 호스트 시스템에 장치를 연결할 수 있는 포트를 더 많이 제공하는 장치이다. USB 허브를 통해 연결된 모든 장치는 해당 허브에서 사용할 수 있는 대역폭을 공유한다.

물리적으로 분리된 USB 허브는 다양한 폼 팩터로 제공된다. 외부 상자(이더넷 또는 네트워크 허브와 유사하게 생김)에서부터 USB 포트에 직접 연결할 수 있는 소형 디자인 ( "콤팩트 디자인" 사진 참조)까지 다양하다. "짧은 케이블" 허브는 일반적으로 통합된 6인치 (15cm) 케이블을 사용하여 작은 허브를 물리적 포트 혼잡으로부터 약간 떨어뜨리고 사용 가능한 포트 수를 늘린다.

거의 모든 최신 랩톱 컴퓨터에는 USB 포트가 장착되어 있지만, 외부 USB 허브는 여러 일상 장치 (마우스, 키보드 또는 프린터 등)를 단일 허브로 통합하여 모든 장치를 한 번에 연결하고 제거할 수 있도록 한다.

일부 USB 허브는 자체 전원 공급 및 인증된 경우 전력 공급 (PD)을 지원하여 랩톱 배터리를 충전할 수 있지만, 배터리 충전 및 주변 장치 연결을 위해 하나의 연결만 필요하다는 유사한 특성 때문에 간단한 도킹 스테이션으로 언급될 수 있다. 허브에는 응답하지 않는 장치를 편리하게 전원 재시작할 수 있도록 개별 포트 전원 스위치가 있을 수 있다.

 물리적 배치 
섬네일|upright=1.136|left|플라스틱 케이스를 제거한 "별" 모양 "짧은 케이블" 외부 USB
USB 네트워크는 USB 포트에 다운스트림으로 연결된 USB 허브로 구성되며, 이 USB 포트 자체도 USB 허브에서 나올 수 있다. USB 허브는 USB 네트워크를 최대 127개 포트까지 확장할 수 있다. USB 사양은 버스 전원 공급 (수동) 허브가 다른 버스 전원 공급 허브에 직렬로 연결되지 않아야 한다고 규정한다.

공급업체 및 디자인에 따라 USB 포트는 종종 가깝게 배치된다. 결과적으로, 하나의 포트에 장치를 연결하면 인접 포트가 물리적으로 막힐 수 있으며, 특히 플러그가 케이블의 일부가 아니라 USB 플래시 드라이브와 같은 장치에 통합된 경우 더욱 그렇다. 수평 소켓의 수평 배열은 제조하기 쉬울 수 있지만 (플러그 너비에 따라) 4개의 포트 중 2개만 사용할 수 있게 만들 수 있다.

포트 방향이 배열 방향에 수직인 포트 배열은 일반적으로 막힘 문제가 적다. 외부 "문어" 또는 "오징어" 허브 (각 소켓이 매우 짧은 케이블 끝에 있으며, 종종 약 2인치 (5cm) 길이), 또는 "별" 허브 (각 포트가 다른 방향을 향하고 있음, 사진 참조)는 이 문제를 완전히 피한다.

 길이 제한 
USB 케이블은 저속 USB 1.1 장치에 대해 3미터 (10피트)로 제한된다. 허브는 능동형 USB 리피터로 사용하여 케이블 길이를 한 번에 최대 5미터 (16피트)까지 연장할 수 있다. 능동형 케이블 (특수 커넥터 내장 단일 포트 허브)은 동일한 기능을 수행하지만, 엄격하게 버스 전원 공급 방식이므로 일부 세그먼트에는 외부 전원 공급 USB 허브가 필요할 수 있다.

 전력 
많은 허브는 버스 전원 또는 자체 전원 허브로 작동할 수 있다. 전력은 전압 곱하기 전류이다. 5볼트에서 500mA (0.5A)를 소비하는 USB 포트는 2.5와트의 전력을 소비한다.

버스 전원 USB 허브에서는 각 USB 포트가 전원을 공급하고 데이터를 전송할 수 있다. 자체 전원 허브는 외부 전원 공급 장치에서 전원을 공급받으므로 각 포트에 최대 의 완전한 전력을 제공할 수 있다. 자체 전원 허브는 일반적으로 무전원 USB 허브보다 비싸다.

 자체 전원 허브 (액티브 허브) 
자체 전원 허브는 스피커, 프린터, 스캐너와 같은 고전압 장치에 전원을 공급할 수 있다. 자체 전원 USB 허브는 일반적으로 버스 전원 USB 허브보다 부피가 크고 비싸다.

 호환성 
자체 전원이라고 호스트에 알리지만 실제로는 버스 전원인 비규격 허브가 시장에 많이 있다. 마찬가지로, 100mA 이상을 사용하면서 이 사실을 알리지 않는 비규격 장치도 많다. 이러한 허브와 장치는 전력 사용에 더 많은 유연성을 제공하지만 (특히, 많은 장치는 100mA보다 훨씬 적게 사용하고 많은 USB 포트는 과부하 차단에 들어가기 전에 500mA 이상을 공급할 수 있음), 전력 문제를 진단하기 더 어렵게 만들 가능성이 있다.

일부 자체 전원 허브는 각 포트에서 500mA 부하를 구동할 만큼 충분한 전력을 공급하지 못한다. 예를 들어, 많은 7포트 허브는 1A 전원 공급 장치를 가지고 있지만, 실제로는 7개 포트가 최대 A를 소비할 수 있으며, 허브 자체의 전력도 필요하다. 설계자들은 사용자가 대부분 저전력 장치를 많이 연결하고 500mA를 필요로 하는 장치는 한두 개만 연결할 것이라고 가정한다. 반면에 일부 자체 전원 허브의 포장에는 몇 개의 포트가 동시에 500mA 전체 부하를 구동할 수 있는지 명시적으로 기재되어 있다. 예를 들어, 7포트 허브의 포장에는 최대 4개의 전체 부하 장치를 지원한다고 명시될 수 있다.

 전원 공급원 

 USB PD 
 USB 멀티포트 어댑터 설정

USB PD 포트와 HDMI 포트가 있는 USB 멀티포트 허브가 스마트폰과 HDMI에 연결된 경우 소비 전력 계산 예시:

 전기 플러그 
섬네일|오른쪽|upright=0.909|이 자체 전원 USB 허브는 벽면 전기 플러그에서 전원을 공급받는다.

 버스 전원 허브 (패시브 허브) 
섬네일|왼쪽|버스 전원 공급 4포트 USB 허브

버스 전원 허브는 모든 전원을 호스트 컴퓨터의 USB 인터페이스에서 가져온다. 별도의 전원 연결이 필요하지 않다. 그러나 많은 장치는 이 방법으로 제공할 수 있는 것보다 더 많은 전원을 필요로 하며 이런 유형의 허브에서는 작동하지 않는다. 자체 전원 외장 하드 드라이브에 버스 전원 허브를 사용하는 것이 바람직할 수 있는데, 자체 전원 허브를 사용하는 동안 컴퓨터가 꺼지거나 절전 모드에 들어갈 때 하드 드라이브 컨트롤러가 USB 포트에서 전원을 계속 감지하므로 하드 드라이브가 회전하지 않을 수 있기 때문이다.

모든 USB 포트는 5볼트에서 작동하지만, 서로 다른 양의 전류를 소비하거나 공급할 수 있다.

 제한사항 
USB의 전류는 포트당 최대 500mA까지 100mA 단위로 할당된다. 따라서 규격 버스 전원 허브는 4개 이하의 다운스트림 포트를 가질 수 있으며, 허브 자체가 1단위를 필요로 하므로 다운스트림 장치에 총 400mA를 초과하는 전류를 제공할 수 없다. 장치가 연결된 포트가 공급할 수 있는 것보다 더 많은 전류 단위를 필요로 하면, 운영체제는 일반적으로 사용자에게 이 사실을 보고한다.

 동적 전원 허브 
동적 전원 허브는 버스 전원 및 자체 전원 허브로 모두 작동할 수 있는 허브이다. 별도의 전원 공급 장치 사용 가능 여부에 따라 자동으로 모드를 전환할 수 있다. 버스 전원에서 자체 전원 작동으로 전환하는 데 반드시 호스트와의 즉각적인 재협상이 필요한 것은 아니지만, 자체 전원에서 버스 전원 작동으로 전환하면 연결된 장치가 이전에 버스 전원 모드에서 사용 가능한 것보다 더 많은 전력을 요청한 경우 USB 연결이 재설정될 수 있다.

 속도 
섬네일|upright=1.818|오른쪽|VIA의 허브 데모 보드(Hub Demo Board)는 허브의 모든 내부 부품을 보여준다.

고속 (USB 2.0) 장치가 최고 속도 모드에서 작동하려면 장치와 컴퓨터 사이에 있는 모든 허브가 고속이어야 한다. 고속 장치는 전속 허브에 연결될 때 (또는 구형 전속 컴퓨터 포트에 연결될 때) 전속 (USB 1.1)으로 전환되어야 한다. 고속 허브는 모든 장치 속도로 통신할 수 있지만, 저속 및 전속 트래픽은 트랜잭션 변환기를 통해 고속 트래픽과 결합 및 분리된다. 각 트랜잭션 변환기는 저속 트래픽을 자체 풀로 분리하여 사실상 가상 전속 버스를 생성한다. 일부 설계는 단일 트랜잭션 변환기 (STT)를 사용하는 반면, 다른 설계는 여러 변환기 (MTT)를 사용한다. 여러 변환기를 사용하는 것은 여러 고대역폭 전속 장치를 연결할 때 상당한 이점이다.

일반적으로 (그리고 종종 제품 마케팅에서) USB 2.0이 고속과 동의어로 사용된다는 점은 중요한 고려 사항이다. 그러나 고속을 도입한 USB 2.0 사양은 USB 1.1 사양을 통합하여 USB 2.0 장치가 고속으로 작동할 필요가 없으므로, 모든 규격 전속 또는 저속 장치는 여전히 USB 2.0 장치로 표기될 수 있다. 따라서 모든 USB 2.0 허브가 고속으로 작동하는 것은 아니다.

USB 3.0은 컴퓨터 및 전자 장치 인터페이스를 위한 범용 직렬 버스 (USB) 표준의 세 번째 주요 버전이다. 다른 개선 사항 중에서, USB 3.0은 USB 2.0 표준보다 약 10배 빠른 최대 5 Gbit/s (625 MB/s)의 속도로 데이터를 전송할 수 있는 슈퍼스피드 USB (SS)라고 하는 새로운 전송 속도를 추가한다. 제조사들은 표준-A 수신기와 플러그에 파란색 (Pantone 300C)을 사용하고 SS 이니셜을 사용하여 USB 3.0 커넥터를 USB 2.0 커넥터와 구별할 것을 권장한다.

2013년 7월에 출시된 USB 3.1은 USB 3.0 표준을 대체하는 후속 표준이다. USB 3.1은 기존의 슈퍼스피드 전송 속도를 유지하며, 이를 USB 3.1 Gen 1이라는 새로운 레이블로 지정하고, USB 3.1 Gen 2라고 불리는 새로운 슈퍼스피드+ 전송 모드를 정의한다. 이는 기존 USB-A 및 USB-C 커넥터를 통해 최대 10Gbit/s (1250MB/s, USB 3.0 속도의 두 배)의 속도로 데이터를 전송할 수 있다.

2017년 9월에 출시된 USB 3.2는 USB 3.1 표준을 대체한다. 기존 USB 3.1 슈퍼스피드 및 슈퍼스피드+ 데이터 모드를 유지하고, 2레인 작동을 사용하여 USB-C 커넥터를 통한 10Gbit/s 및 20Gbit/s (1250 및 2500MB/s)의 데이터 속도를 가진 두 가지 새로운 슈퍼스피드+ 전송 모드를 도입한다.

USB4 Gen 4는 80Gbit/s 및 120Gbit/s (10,000 및 15,000MB/s)의 데이터 속도를 제공한다.

 프로토콜 
각 허브에는 정확히 하나의 업스트림 포트와 여러 개의 다운스트림 포트가 있다. 업스트림 포트는 허브를 (직접 또는 다른 허브를 통해) 호스트에 연결한다. 다른 허브 또는 장치는 다운스트림 포트에 연결할 수 있다. 정상 전송 중에는 허브는 본질적으로 투명하다. 즉, 업스트림 포트에서 수신된 데이터는 다운스트림 포트에 연결된 모든 장치로 브로드캐스트된다 (USB 2.0 사양 그림 11–2, 허브 신호 연결에 그림으로 설명됨). 다운스트림 포트에서 수신된 데이터는 일반적으로 업스트림 포트로만 전달된다. 이런 식으로 호스트가 보낸 것은 모든 허브와 장치에 수신되고, 장치가 보낸 것은 호스트에는 수신되지만 다른 장치에는 수신되지 않는다 (예외는 재개 신호이다). 다운스트림 라우팅은 USB 3.0에서 Point to Point 라우팅이 추가되면서 변경되었다. 패킷 헤더에 전송되는 경로 문자열을 통해 USB 3.0 호스트는 다운스트림 패킷을 단일 대상 포트에만 전송하여 혼잡 및 전력 소비를 줄일 수 있다.

허브는 장치 삽입 또는 제거와 같은 다운스트림 포트 상태 변경을 처리할 때 투명하지 않다. 특히, 허브의 다운스트림 포트가 상태를 변경하면, 이 변경은 호스트와 이 허브 간의 상호 작용에서 처리되며, 호스트와 "변경된 허브" 사이의 모든 허브는 투명하게 작동한다.

이를 위해 각 허브에는 다운스트림 포트 상태 변경을 신호하는 데 사용되는 단일 인터럽트 엔드포인트 "1 IN" (엔드포인트 주소 1, 허브-호스트 방향)이 있다. 장치를 연결하면 허브는 D+ 또는 D-에서 전압을 감지하고 이 인터럽트 엔드포인트를 통해 호스트에 삽입을 신호한다. 호스트가 이 인터럽트 엔드포인트를 폴링하면 새 장치가 있음을 알게 된다. 그런 다음 (기본 제어 파이프를 통해) 허브에 새 장치가 연결된 포트를 재설정하도록 지시한다. 이 재설정을 통해 새 장치는 주소 0을 가정하고, 호스트는 직접 상호 작용할 수 있다. 이 상호 작용을 통해 호스트는 장치에 새 (0이 아닌) 주소를 할당한다.

 트랜잭션 변환기 
USB 1.1 (12Mbit/s)보다 높은 표준을 지원하는 모든 USB 2.0 허브는 트랜잭션 변환기 (TT)를 사용하여 하위 표준과 상위 표준 간을 변환한다. 예를 들어, USB 1.1 장치가 USB 2.0 허브의 포트에 연결되면 TT는 USB 1.1 신호를 자동으로 인식하여 업링크에서 USB 2.0으로 변환한다. 그러나 기본 설계는 모든 하위 표준 장치가 동일한 트랜잭션 변환기를 공유하여 병목 현상을 유발하는 단일 트랜잭션 변환기 구성으로 알려져 있다.
결과적으로 병목 현상을 피하기 위해 더 많은 트랜잭션 변환기를 제공하는 다중 트랜잭션 변환기 (Multi-TT)가 만들어졌다. USB 3.0 허브는 USB 3.0 및 2.0 데이터에 대해 별도의 논리를 가지므로 두 프로토콜 모두에 대해 HUB 장치를 보고한다.

 전자 설계 
대부분의 USB 허브는 하나 이상의 통합 컨트롤러 (IC)를 사용하며, 여러 제조업체에서 다양한 디자인을 제공한다. 대부분 4포트 허브 시스템을 지원하지만, 16포트 허브 컨트롤러를 사용하는 허브도 업계에서 사용할 수 있다. USB 버스는 7단계의 계층적 포트를 허용한다. 루트 허브는 첫 번째 계층이고 마지막 장치는 일곱 번째 계층에 있어 그 사이에 5단계의 허브를 허용한다. 최대 사용자 장치 수는 허브 수만큼 줄어든다. 50개의 허브가 연결되면 최대 수는 이다.

 같이 보기 
 도킹 스테이션
 USB 온더고

 각주 

 외부 링크 
 

분류:USB