Loading article…
USBハブは、電源タップのように、1つのユニバーサルシリアルバス（USB）ポートを複数のポートに拡張し、ホストシステムにデバイスを接続するためのポートを増やすデバイスです。USBハブを介して接続されたすべてのデバイスは、そのハブで使用可能な帯域幅を共有します。[ 1 ]
物理的に独立したUSBハブには、さまざまな形状のものがあります。イーサネットハブやネットワークハブに似た外付けボックスから、USBポートに直接差し込める小型のものまであります（「コンパクト設計」の画像を参照）。「ショートケーブル」ハブは通常、一体型の6インチ（15cm ）ケーブルを使用して、小型ハブを物理的なポートの混雑から少し離し、使用可能なポート数を増やします。
現代のノートパソコンのほとんどにはUSBポートが搭載されていますが、外付けのUSBハブを使用すれば、マウス、キーボード、プリンターなどの日常的に使用する複数のデバイスを1つのハブに統合し、すべてのデバイスの接続と取り外しをワンステップで行うことができます。
USBハブの中には、自己給電式で認証されている場合、ノートパソコンのバッテリーを充電するためのパワーデリバリー（PD）をサポートするものもありますが、バッテリーの充電と周辺機器の接続に1つの接続しか必要としないという点で類似しているため、シンプルなドッキングステーションと呼ばれることもあります。ハブには、応答しないデバイスの電源を簡単に再投入できるように、個々のポートに電源スイッチが備わっている場合があります。 [ 2 ]
USBネットワークは、USBハブからUSBポートに下流接続されたUSBハブで構成され、USBポート自体もUSBハブから分岐している場合があります。USBハブは、USBネットワークを最大127ポートまで拡張できます。USB仕様では、バスパワー駆動（パッシブ）ハブを他のバスパワー駆動ハブと直列に接続しないことが規定されています。[ 2 ]
ベンダーや設計によっては、USBポートの間隔が狭い場合が多い。そのため、あるポートにデバイスを接続すると、特にプラグがケーブルの一部ではなく、USBフラッシュドライブなどのデバイスに一体化されている場合、隣接するポートが物理的に塞がれてしまうことがある。水平方向に並んだソケットは製造が容易だが、プラグの幅によっては、4つのポートのうち2つしか使用できなくなる可能性がある。
ポートの向きがアレイの向きと垂直になっているポートアレイは、一般的にブロッキングの問題が少なくなります。外部の「オクトパス」または「イカ」型ハブ（各ソケットが非常に短いケーブル（多くの場合、 長さ約5cm）の端にある）や、「スター」型ハブ（図のように各ポートが異なる方向を向いている）は、この問題を完全に回避します。
USBケーブルの長さは、低速USB 1.1デバイスの場合、3メートル（10フィート）に制限されています。ハブを使用すれば、アクティブUSBリピーターとしてケーブル長を最大5メートル（16フィート）まで延長できます。アクティブケーブル（コネクタが内蔵された専用1ポートハブ）も同様の機能を発揮しますが、バスパワー駆動のため、一部の区間では外部電源式のUSBハブが必要になる場合があります。
多くのハブは、バスパワー駆動とセルフパワー駆動の両方に対応しています。電力は電圧×電流で計算されます。5ボルトで500mA （0.5A ）の電流を消費するUSBポートは、 2.5ワットの電力 を消費します。
バスパワー方式のUSBハブでは、各USBポートがデータ転送だけでなく電源供給も可能です。一方、セルフパワー方式のハブは外部電源ユニットから電源を供給されるため、すべてのポートに最大500mAの電力を供給できます。セルフパワー方式のハブは、通常、電源供給のないUSBハブよりも高価です。
セルフパワー式ハブは、スピーカー、プリンター、スキャナーなどの高電圧機器に電力を供給できます。セルフパワー式USBハブは、通常、バスパワー式USBハブよりもかさばり、高価です。
市場には、実際にはバスパワー駆動であるにもかかわらず、ホストに対して自己給電式であると偽って通知する規格外のハブが多数存在します。同様に、100mAを超える電流を消費しているにもかかわらず、 その事実を通知しない規格外のデバイスも数多く存在します。これらのハブやデバイスは、電力使用においてより柔軟性をもたらしますが（特に、多くのデバイスは100mAをはるかに下回る電流しか消費 せず、多くのUSBポートは過負荷遮断モードに入る前に500mA以上を供給できます ）、電力問題の診断を困難にする可能性があります。
セルフパワーハブの中には、 すべてのポートで 500 mA の負荷を駆動するのに十分な電力を供給できないものがあります。たとえば、多くの 7 ポートハブは 1 A の電源を備えていますが、実際には 7 つのポートで消費される最大電流は7 * 0.5 = 3.5 A であり、さらにハブ自体の電力も必要になります。設計者は、ユーザーが低電力デバイスを多数接続し、500 mA のフル負荷を必要とするデバイスは 1 つか 2 つだけであると想定しています。一方、セルフパワーハブのパッケージには、500 mA のフル負荷を同時に駆動できるポート数が明示的に記載されているものもあります。たとえば、7 ポートハブのパッケージには、最大 4 台のフル負荷デバイスをサポートすると記載されている場合があります。
USB PDポートとHDMIポートを備えたUSBマルチポートハブにスマートフォンとHDMIを接続した場合の消費電力の計算例：
バスパワーハブは、ホストコンピュータのUSBインターフェースからすべての電力を供給されます。別途電源接続は必要ありません。ただし、多くのデバイスはこの方式で供給できる電力よりも多くの電力を必要とするため、このタイプのハブでは動作しません。自己給電式外付けハードディスクを使用する場合は、バスパワーハブを使用することが望ましい場合があります。自己給電式ハブを使用している場合、ハードディスクコントローラはUSBポートから電源供給を受け続けるため、コンピュータの電源が切れたりスリープモードに入ったりしてもハードディスクの回転が停止しない可能性があるためです。
すべてのUSBポートは5ボルトで動作しますが、消費または供給する電流の量は異なる場合があります。
USBの電流は100mA単位で割り当てられ、ポートあたり 最大500mAまでとなります 。そのため、規格に準拠したバスパワーハブは、ダウンストリームポートを4つまでしか持つことができず、 ダウンストリームデバイスに供給できる電流も合計で4単位（100mA）までとなります（ハブ自体が1単位の電流を必要とするため）。デバイスが必要とする電流が、接続されているポートの供給能力を超える場合、通常はオペレーティングシステムがユーザーに通知します。
ダイナミックパワーハブとは、バスパワー駆動とセルフパワー駆動の両方が可能なハブです。外部電源の有無に応じて、モードを自動的に切り替えることができます。バスパワー駆動からセルフパワー駆動への切り替えは、必ずしもホストとの再ネゴシエーションを必要としませんが、接続されたデバイスがバスパワー駆動モードで利用可能な電力よりも多くの電力を要求していた場合、セルフパワー駆動からバスパワー駆動への切り替えによってUSB接続がリセットされる可能性があります。
USB Hi-Speed (USB 2.0) デバイスを最速モードで動作させるには、デバイスとコンピュータ間のすべてのハブが高速である必要があります。高速デバイスは、フルスピードハブに接続された場合 (または古いフルスピードコンピュータポートに接続された場合) は、 USB Full-Speed (USB 1.1) にフォールバックする必要があります。高速ハブはすべてのデバイス速度で通信できますが、低速およびフルスピードのトラフィックは、トランザクション トランスレータを介して高速トラフィックと結合および分離されます。各トランザクション トランスレータは、低速トラフィックを独自のプールに分離し、実質的に仮想フルスピード バスを作成します。一部の設計では単一のトランザクション トランスレータ (STT) を使用しますが、他の設計では複数のトランスレータ (MTT) を使用します。複数のトランスレータがあると、複数の高帯域幅フルスピード デバイスを接続する場合に大きな利点があります。[ 3 ]
一般的な用語（そして多くの場合、製品マーケティング）では、USB 2.0は高速と同義語として使われることが多いという点は重要な考慮事項です。しかし、高速性を導入したUSB 2.0規格はUSB 1.1規格を組み込んでいるため、USB 2.0デバイスは必ずしも高速で動作する必要はありません。そのため、フルスピードまたはロースピードの規格に準拠したデバイスは、USB 2.0デバイスとして販売される可能性があります。したがって、すべてのUSB 2.0ハブが高速で動作するとは限りません。
USB 3.0仕様の導入に伴い、メーカーは、Standard-A レセプタクルとプラグに青色 (Pantone 300C ) [ 4 ]を使用し、USB SuperSpeed トライデント ロゴ[ 5 ]を使用することで、 USB 3.0 コネクタを USB 2.0 コネクタと区別することが推奨されました。
各ハブには、アップストリーム ポートが 1 つと、複数のダウンストリーム ポートがあります。アップストリーム ポートは、ハブをホストに (直接または他のハブを介して) 接続します。他のハブやデバイスをダウンストリーム ポートに接続できます。通常の送信中、ハブは基本的に透過的です。アップストリーム ポートから受信したデータは、ダウンストリーム ポートに接続されているすべてのデバイスにブロードキャストされます (USB 2.0 仕様の図 11-2、「ハブ シグナリング接続」に図示されています)。ダウンストリーム ポートから受信したデータは、通常、アップストリーム ポートにのみ転送されます。このようにして、ホストから送信されたものはすべてのハブとデバイスで受信され、デバイスから送信されたものはホストで受信されますが、他のデバイスでは受信されません (再開シグナリングは例外です)。ダウンストリーム ルーティングは、USB 3.0 でポイント ツー ポイント ルーティングが追加されたことにより変更されました。パケット ヘッダーで送信されるルート ストリングにより、USB 3.0 ホストはダウンストリーム パケットを単一の宛先ポートにのみ送信できるため、混雑と消費電力が削減されます。[ 6 ]
ハブは、デバイスの挿入や取り外しなど、下流ポートの状態変化を処理する際に透過的ではありません。具体的には、ハブの下流ポートの状態が変化した場合、この変化はホストと当該ハブ間のやり取りによって処理されます。ホストと「状態変化したハブ」の間にあるハブは、透過的に動作します。
この目的のために、各ハブにはダウンストリームポートの状態変化を通知するために使用される単一の割り込みエンドポイント「1 IN」（エンドポイントアドレス 1、ハブからホスト方向）があります。誰かがデバイスを接続すると、ハブは D+ または D− のいずれかの電圧を検出し、この割り込みエンドポイントを介してホストに挿入を通知します。ホストがこの割り込みエンドポイントをポーリングすると、新しいデバイスが存在することがわかります。次に、ホストは（デフォルトの制御パイプを介して）ハブに新しいデバイスが接続されたポートをリセットするように指示します。このリセットにより、新しいデバイスはアドレス 0 を取得し、ホストはそれと直接やり取りできるようになります。このやり取りにより、ホストはデバイスに新しい（ゼロ以外の）アドレスを割り当てます。[ 7 ] [ 8 ]
USB 1.1 (12 Mbit/s) より高い規格をサポートする USB 2.0 ハブは、トランザクション トランスレータ (TT)と呼ばれるものを使用して、低い規格と高い規格の間で変換を行います。たとえば、USB 1.1 デバイスが USB 2.0 ハブのポートに接続されている場合、TT は自動的に USB 1.1 信号を認識して、アップリンク上の USB 2.0 に変換します。ただし、デフォルトの設計では、すべての低い規格のデバイスが同じトランザクション トランスレータを共有するため、ボトルネックが発生します。これは、シングル トランザクション トランスレータと呼ばれる構成です。そのため、ボトルネックを回避するために、より多くのトランザクション トランスレータを提供するマルチ トランザクション トランスレータ(Multi-TT) が作成されました。[ 9 ]なお、USB 3.0 ハブは、USB 3.0 と 2.0 のデータ用に別々のロジックを備えているため、両方のプロトコルに対して HUB デバイスとして報告されます。
ほとんどのUSBハブは1つ以上の統合コントローラ（IC）を使用しており、さまざまなメーカーからいくつかの設計が提供されています。ほとんどは4ポートハブシステムをサポートしていますが、16ポートハブコントローラを使用するハブも業界で入手可能です。[ 10 ] USBバスは7階層のポートをカスケード接続できます。ルートハブが最初の階層で、最後のデバイスは7番目の階層にあり、その間に5階層分のハブを接続できます。ユーザーデバイスの最大数はハブの数だけ減少します。50個のハブが接続されている場合、最大数は127 - 50 = 77です。[ 11 ]
個々のポートの電源スイッチ
ほとんどのPCメーカーは、USBタイプのロゴを使用して各USBポートにラベルを付けています[...]USB 2.0のロゴは三叉槍ですが、USB 3.0のロゴは同様の三叉槍に「SS」（SuperSpeedの略）の文字が付加されています。
