USB 4 支援的隧道协议
usb 4全名为universal serial bus generation 4。usb这个介面在1996年发布usb 1.0规格， 传输速度支援低速1.5 mbps与全速12 mbps，以及之后陆续发表支援速度480 mbps、5gbps、10gbps、20gbps等，并在2019年9月发布最新一代usb4规格，支援20 gbps与40 gbps。
usb介面演进及相对应的logo。
1 | usb 4 新功能
1）usb 4只采用usb type-c连接器，usb 4讯号采双通道传输；而过去的连接器如usb type-a或micro-b，仅支援单通道传输，无法支援usb 4。
2）usb传输速度最快支援40g（20gbps×2），并可同时传送displayport影音。旨在将多种协议组合到单个物理接口，可以动态共享usb 4架构的整体速度和性能。
3）向下相容usb 2.0与usb 3.2及支援thunderbolt 3。
2 | usb 4 连接器与线缆
usb 4只采用usb type-c连接器。
usb 4 cable被动线缆，可支援的被动线缆长度由usb 3.2 gen2的1公尺，降为usb 4 gen3的0.8公尺。
若需较长的线缆，如连接大尺寸萤幕，或是vr应用，可使用主动式线缆。
usb 4主动式线缆为含有repeater元件（如re-timer、re-driver等主动元件）的线缆，以及光纤线缆等。至于可支援的主动式线缆长度最长为5公尺。
3 | usb 4 架构
usb 4主要构成元件有路由器（router）、适配器（adapter）以及tmu（time management unit，时间管理单元）。
路由器是usb 4的一个主要建构模块，路由器将隧道协议转换成usb4封包传送，并透过tmu来作时间同步。主要由usb host内建的connection manager 来侦测及管理。
适配器是内建在路由器里，主要功能为路由器与外部元件沟通的媒介，进行协定转换。例如usb 4 host在传输usb 3资料（如图2），由内部usb 3 host透过usb 3 adapter进行协定封装成usb 4 tunneled packet。一个路由器内部最多可以支援64个适配器。
tmu是内建在路由器里，使用分布式时间管理单元（tmu），在路由器间做时间同步。
4 | usb 4 的五个层级
usb 4把功能区分为五个层级。
protocol adapter layer：负责usb 4与不同协议间进行对应，并把不同协议封装成tunneled packet，在usb 4介面内传递。
configuration layer：负责处理由connection manager传送来的控制封包（control packets），并附加路径中对应的地址（address），确保其可靠的传送机制。
transport layer：定义封包格式、路径、流量控制与时序控制，并产生link management packets以提供时间同步封包、流量控制封包等。
logical layer：负责建立2个装置之间的usb 4连接，提供资料传送与接收、编码与解码，电源管理，错误侦测及复原机制，并且透过sideband channel进行通道初始化的沟通，包括速度及双通道沟通。
electrical layer：定义usb 4电气讯号的特性，如电压、抖动、编码等。
以usb 3 tunneling为例，usb 4 host透过usb 3 protocol adaptor，将usb 3 protocol经usb 4 transport layer、usb 4 logic layer、usb 4 electrical layer转usb 4 link传送到usb 4 hub electrical layer。再依图5顺序进行一连串usb 3/usb 4转换，将讯号传送到usb 4 device。
5 | usb 3 隧道协议
usb 4讯号由pcie、usb 3及displayport隧道协议组成。此篇幅单就usb 3隧道协议讲解。usb 3隧道协议，指的是将原始usb 3封包经由protocol adapter layer 封装成tunneled封包，藉由图5可以清楚知道，红色部分是usb 3的封包，而蓝色部分是tunneled封包，ufp（upstream facing port）与dfp（downstream facing port）之间会使用physical layer传输。
6 | usb 4 产品类型
usb 4 host：产品有一个以上dfp，没有任何的ufp。
usb 4 hub：产品有一个ufp，并且有一个或多个dfp。
usb 4-based dock：产品有一个ufp，并且有一个或多个dfp，且产品内还有其他元件的功能，如储存装置或网路功能。
usb 4 device：产品有一个ufp，没有任何的dfp。
7 | usb 4 支援的隧道协议
依据规格，对host/hub/dock/device必须支援的隧道协议有不同要求，如图6，打“ｖ”为必须支援，其余则是可选择支援与否。
例如usb host必须支援usb 3、displayport 与host-to-host tunneling，可以不支援pci express 与tbt3 tunneling。
8 | usb 4 支援的传输速率
usb 4支援usb 4 gen2的20gbps及usb 4 gen3的40gbps速度，是不是宣告支援usb 4就一定要支援这两个速度？
对usb 4 hub与usb 4-based dock来说，必须同时支援20gbps及40gbps。
对usb 4 host与usb 4 device来说，可以只支援20gbps。40gbps可列为额外支援，非必要支援速度。
结 语
usb 4传输速率提升到40 gbps，并且可以动态分享频宽，当使用一条usb type-c连接线就可以相容于市面上thunderbolt 3和display port产品，对于消费者来说是一个更加便利的介面。但对于产品开发者来说，usb 4是一个比较大的挑战，除了产品设计和以往usb 3的产品在架构上的差异，加上高频信号在pcb及连接器上的衰减，须更关注高频阻抗匹配，在开发阶段确保传输的信号品质。
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1）usb 4只采用usb type-c连接器，usb 4讯号采双通道传输；而过去的连接器如usb type-a或micro-b，仅支援单通道传输，无法支援usb 4。
2）usb传输速度最快支援40g（20gbps×2），并可同时传送displayport影音。旨在将多种协议组合到单个物理接口，可以动态共享usb 4架构的整体速度和性能。
3）向下相容usb 2.0与usb 3.2及支援thunderbolt 3。
2 | usb 4 连接器与线缆
usb 4只采用usb type-c连接器。
usb 4 cable被动线缆，可支援的被动线缆长度由usb 3.2 gen2的1公尺，降为usb 4 gen3的0.8公尺。
若需较长的线缆，如连接大尺寸萤幕，或是vr应用，可使用主动式线缆。
usb 4主动式线缆为含有repeater元件（如re-timer、re-driver等主动元件）的线缆，以及光纤线缆等。至于可支援的主动式线缆长度最长为5公尺。
3 | usb 4 架构
usb 4主要构成元件有路由器（router）、适配器（adapter）以及tmu（time management unit，时间管理单元）。
路由器是usb 4的一个主要建构模块，路由器将隧道协议转换成usb4封包传送，并透过tmu来作时间同步。主要由usb host内建的connection manager 来侦测及管理。
适配器是内建在路由器里，主要功能为路由器与外部元件沟通的媒介，进行协定转换。例如usb 4 host在传输usb 3资料（如图2），由内部usb 3 host透过usb 3 adapter进行协定封装成usb 4 tunneled packet。一个路由器内部最多可以支援64个适配器。
tmu是内建在路由器里，使用分布式时间管理单元（tmu），在路由器间做时间同步。
4 | usb 4 的五个层级
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configuration layer：负责处理由connection manager传送来的控制封包（control packets），并附加路径中对应的地址（address），确保其可靠的传送机制。
transport layer：定义封包格式、路径、流量控制与时序控制，并产生link management packets以提供时间同步封包、流量控制封包等。
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5 | usb 3 隧道协议
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6 | usb 4 产品类型
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