USBハブ：機能、種類、電力供給と性能

ハブの仕組み

機能面では、ハブ自体もUSBデバイスです。ホストに接続する上流ポートを1つ、接続された機器用の下流ポートを複数備えます。ハブは信号を中継し、ポート状態、電力の切替、速度ネゴシエーションなどのプロトコル機能を実装します。複数の機器が同時に通信する場合、ホスト接続で利用できる帯域幅は各ポート専用ではなく、それらの機器で共有されます。

電力供給：バスパワー型とセルフパワー型

ハブは電力供給方式により、大きく2種類に分けられます。バスパワー型（パッシブ型）は、必要な電力のすべてをホストポートから得るため、構成は簡単ですが、接続機器に供給できる電流は限られます。セルフパワー型（アクティブ型）は外部電源を備え、複数のポートに定格電流を同時に供給できます。電話機やタブレットの充電用に、より大きな電流を供給する専用充電ポートを備えるハブもあります。

速度、互換性、内部機能

USB規格は複数の速度階層へと発展してきました。たとえばUSB 2.0（Hi-Speed）は最大480 Mbpsに対応し、USB 3.x（SuperSpeed）ファミリーは改訂版に応じて毎秒数ギガビットの速度を提供します。ハブは特定の世代向けに設計されます。USB 3.xハブにはSuperSpeedレーン用の回路が搭載され、通常は低速機器を別に処理します。下位互換性により、古い機器も新しいハブを介して動作しますが、速度は本来の低い速度にとどまります。ハブには、高速バス上でフルスピードおよびロースピード機器を共存させるトランザクション・トランスレータ（TT）を備えるものがあります。設計によっては全ポートで1つのTTを共有し、別の設計では性能向上のためポートごとにTTを設けるマルチTT方式を採用します。

トポロジーの制限と実際の影響

USBアーキテクチャは階層型スター・トポロジーを採用しており、ハブはホストから枝分かれします。仕様では、デバイスとホストの間に置けるハブ階層の数が制限されているため、多数のハブを連結するとデバイスの認識に失敗することがあります。また、下流ポートはホストリンクを共有するため、外付けドライブやキャプチャアダプタなど帯域幅を多く使う機器を同じハブに接続すると、ホストへ直接接続した場合よりスループットが低下することがあります。

種類、用途、主な違い

• 簡易デスクトップハブ：キーボード、マウス、フラッシュドライブ向けに、追加のポートを少数提供します。
• 電源付きハブ：ACアダプタを含み、複数のバスパワー機器の使用と充電を支えます。
• USB-Cハブとドッキングステーション：USBデータ、電力供給（PD）、映像出力（オルタネートモード経由のDisplayPort／HDMI）、Ethernetを1台に組み合わせることが多い製品です。
• 組込みハブ／ルートハブ：マザーボードやノートパソコンのホストコントローラに組み込まれ、トポロジーにおける最初のハブとなります。

USB仕様および一般的な周辺機器についての詳細は、USB規格の文書、周辺機器の解説、および一般的なホスト実装であるコンピュータを参照してください。