Code 4B5B
Der Code 4B5B ist ein Leitungscode, der jeweils vier Nutzbits durch ein fünf Bit breites Muster ersetzt. Er kommt bei Fast Ethernet und bei FDDI zum Einsatz.
Das Problem, das er löst
Ein Empfänger muss aus dem ankommenden Signal den Takt zurückgewinnen — er hat keine zweite Leitung, auf der ihm jemand sagt, wo ein Bit endet und das nächste beginnt. Dafür braucht er Pegelwechsel.
Überträgt man Nutzdaten unverändert, können lange Folgen gleicher Bits auftreten. Eine Datei aus lauter Nullbytes erzeugt dann minutenlang einen konstanten Pegel, und der Empfänger verliert den Takt.
4B5B löst das durch Vorschrift: Von den 32 möglichen Fünf-Bit-Mustern sind nur solche als Datensymbole zugelassen, die höchstens eine führende Null und höchstens zwei Nullen in Folge enthalten. Damit kann es im gesamten Datenstrom nie mehr als drei Nullen hintereinander geben.
Der Preis
Fünf Bit auf der Leitung für vier Bit Nutzdaten bedeutet 25 Prozent Mehraufwand. Fast Ethernet überträgt deshalb 100 Mbit/s Nutzdaten mit 125 Millionen Symbolen pro Sekunde.
Das ist ein guter Tausch. Der Manchester-Code, den das ursprüngliche 10-Mbit/s-Ethernet verwendete, garantiert einen Pegelwechsel in jedem Bit — und verdoppelt dafür die Signalrate. 4B5B kostet ein Viertel statt des Doppelten.
Was mit den übrigen Mustern geschieht
16 Muster tragen Daten, bleiben also 16 übrig. Ein Teil davon dient als Steuersymbol, der Rest ist ungültig und zeigt bei Empfang einen Übertragungsfehler an.
Die wichtigsten Steuersymbole:
| Symbol | Bedeutung |
|---|---|
| I (Idle) | Leerlauf, hält die Strecke in Betrieb |
| J, K | Start eines Datenstroms, immer als Paar |
| T, R | Ende eines Datenstroms |
| H | Fehlerkennung |
Dass der Leerlauf ein eigenes Symbol hat, ist wesentlich: Die Strecke sendet auch dann, wenn keine Daten anliegen, und der Empfänger behält seinen Takt.
Die Kombination mit MLT-3
4B5B allein löst die Taktfrage, nicht die Frequenzfrage. 125 Megabaud auf Kupfer würden Störstrahlung erzeugen, die keine Zulassung bekommt.
Fast Ethernet über Kupfer schaltet deshalb hinter 4B5B noch MLT-3, ein dreistufiges Verfahren, das für einen vollen Signalzyklus vier Bit benötigt. Die höchste auftretende Frequenz sinkt dadurch auf etwa 31 MHz — und liegt damit im Rahmen dessen, was Kabel der Kategorie 5 übertragen.
Bei Fast Ethernet über Glasfaser entfällt diese Sorge. Dort folgt auf 4B5B der einfachere NRZI-Code.
Verwandte Verfahren
Für Gigabit-Geschwindigkeiten reicht 4B5B nicht mehr, weil es die Gleichspannungsfreiheit nur näherungsweise erreicht. Dort tritt 8b10b an seine Stelle: acht Bit auf zehn, 25 Prozent Mehraufwand wie zuvor, aber mit exakter Gleichstrombilanz. Es findet sich in Gigabit-Ethernet über Glasfaser, in PCI Express, SATA und USB 3.0.