Question

如何浅显易懂地解释USB-HUB的原理

Answer 1

作者：时国怀
来源：知乎

先回答速度降低的问题：
理论上说，一定会降低，实际情况是，不一定。
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。
具体的USB Hub规范，能写几十页，请自行参考USB协议规范，英文的，很长很长。