USB-Hub

Ein USB-Hub (englisch hub „Nabe“) ist ein USB-Gerät, welches das USB-Signal an mehrere Ports verteilt, ähnlich einem Netzwerk-Hub. Handelsüblich sind USB-Hubs mit bis zu sieben Downstream-Ports, vereinzelt sind aber inzwischen auch Hubs mit bis zu 28 Ports zu finden.

Allgemeines

Hubs können ihre Energie aus dem Bus selbst beziehen (als Bus-Powered- oder passiver Hub bezeichnet) oder über eine eigene Stromversorgung (Netzteil) verfügen (als Self-Powered- oder aktiver Hub bezeichnet). Die meisten Self-Powered-Hubs werden über ein Steckernetzteil mit Strom versorgt. Manche Computermonitore haben auch einen USB-Hub eingebaut, der über die Stromversorgung des Monitors mitgespeist wird. Self-Powered-Hubs haben den Vorteil, dass jedes an sie angeschlossene Gerät bis zu 500 Milliampere Strom beziehen kann. Bei Bus-Powered-Hubs dürfen der Hub und alle an ihn angeschlossenen Geräte gemeinsam maximal 500 Milliampere beziehen. Hybride Self- und Bus-Powered-Hubs sind möglich – der Hub ist dann Self-Powered, wenn ein Netzteil an ihn angeschlossen ist, ansonsten Bus-Powered. Manche Tastaturen verfügen über ein integriertes Self-Powered-Hub; Ein Port wird dabei von der über USB angeschlossenen Tastatur belegt.

Bei der Verschachtelung von Hubs werden die Grenzen durch die maximal 127 möglichen USB-Geräte pro root-hub und durch die Signallaufzeit festgelegt – jeder Hub erhöht die Laufzeit, die Verschachtelungstiefe ist auf maximal fünf (Hub-)Ebenen unterhalb des Hostcontrollers beziehungsweise des Root-Hub begrenzt. Die maximale Distanz zwischen zwei mit USB verbundenen Geräten liegt wegen der Beschränkung von fünf Meter pro USB-Kabel bei 30 Metern – sechs Kabel mit je fünf Metern Länge und dazwischen fünf Hubs.

Bei integrierten Schaltkreisen für USB-Hubs dominiert die Ausstattung mit vier Ports (das gilt insbesondere für Bausteine in eher preisgünstigen Hubs). Wird eine größere Anzahl von USB-Anschlüssen benötigt, können mehrere Bausteine kaskadiert werden. Infolgedessen belegt ein solcher Hub mehrere USB-Adressen und ist gleichbedeutend mit mindestens zwei hintereinander geschalteten Hubs.

USB 2.0 und Hubs

Low-, Full- und Hi-Speed-Geräte lassen sich an einem USB-2.0-Host fast beliebig mischen, ohne dass Geschwindigkeitsnachteile entstehen. Hubs nach dem USB-1.x-Standard können an USB-2.0-Hosts verwendet werden. Geräte, die direkt oder indirekt an einen solchen Hub angeschlossen werden, können allerdings lediglich die Geschwindigkeit Full Speed erreichen, also 12 Mbit/s. Ein USB-2.0-Host und ein USB-2.0-Hub kommunizieren immer mit Hi-Speed, selbst wenn an dem Hub Low- oder Full-Speed-Geräte angeschlossen sind. Es ist Aufgabe des Hubs, die Daten dieser Geräte in das Hi-Speed-Protokoll zu verpacken, dazu hat er einen oder mehrere Transaction Translators eingebaut. Die Anzahl der Transaction Translators bestimmt, wie viele langsame Geräte an einen USB-2.0-Hub angeschlossen werden können, ohne sich gegenseitig auszubremsen. Wird diese Zahl überschritten, so bricht die Datenrate aller an diesen Host angeschlossenen Low-Speed- und Full-Speed-Geräte auf Geschwindigkeiten deutlich unter denen eines USB-1.1-Hosts ein; der Durchsatz von Hi-Speed-Geräten am selben Hub bleibt jedoch unbeeinflusst. An der Spezifikation des Stromverbrauchs hat sich bei USB 2.0 im Vergleich zu USB 1.1 nichts geändert.

USB 3.0 und Hubs

Unter USB 3.0 gibt es ein neues Hub-Konzept. Hubs bestehen aus zwei Unter-Hubs. Der eine ist speziell für den neuen SuperSpeed-Modus zuständig, der andere für die bisherigen Geschwindigkeitsmodi (Low Speed, Full Speed, Hi-Speed). Erst an den Ports werden beide Teile zusammengeführt. Im Dezember 2009 hat das Unternehmen VIA Technologies die ersten Chips für USB-3.0-Hubs vorgestellt. Der VL810 genannte Chip ist mit allen Geschwindigkeitsmodi kompatibel.