IT Explained:

Bandbreite




Was bedeutet Bandbreite in der IT-Welt?

Bandbreite ist die Datenmenge, die in einem Netzwerk in einer bestimmten Zeit von einem Punkt zu einem anderen übertragen werden kann. Sie wird gewöhnlich als Bitrate ausgedrückt und in Bits pro Sekunde (Bit/s) gemessen.

Die Bandbreite bezieht sich auf die Übertragungskapazität einer Verbindung und ist ein wichtiger Faktor, wenn es darum geht, die Qualität und Geschwindigkeit eines Netzwerks zu bestimmen. 

Es gibt mehrere unterschiedliche Arten, wie die Bandbreite gemessen werden kann. Manche Messungen werden verwendet, um den aktuellen Datenfluss zu berechnen, während mit anderen der maximale Datenfluss, der typische Datenfluss oder der als gut betrachtete Datenfluss gemessen wird.

Die Bandbreite ist auch in mehreren anderen technischen Gebieten ein grundlegendes Konzept. Zum Beispiel wird sie bei der Signalverarbeitung verwendet, um die Differenz zwischen der oberen und unteren Frequenz einer Übertragung – z. B. eines Radiosignals – auszudrücken, und wird gewöhnlich in Hertz (Hz) gemessen.

Die Bandbreite kann mit dem Wasserfluss durch ein Rohr verglichen werden. Dabei wäre die Bandbreite die Geschwindigkeit, mit der das Wasser (= die Daten) bei verschiedenen Bedingungen durch das Rohr (= die Verbindung) fließt. Anstelle von Bits pro Sekunde könnten wir Liter pro Minute messen. Die Wassermenge, die potenziell durch das Rohr fließen kann, stellt die maximale Bandbreite dar, während die Wassermenge, die gegenwärtig durch das Rohr fließt, die aktuelle Bandbreite wiedergibt.

Einheiten für Bandbreite

 

Bandbreite wurde ursprünglich in Bits pro Sekunde gemessen und als Bit/s ausgedrückt. Heutige Netzwerke haben jedoch in der Regel viel größere Bandbreiten, die sich mit so kleinen Einheiten nicht gut wiedergeben lassen. Mittlerweile sieht man gewöhnlich größere Zahlen, die mithilfe von Präfixen ausgedrückt werden, z. B. MBit/s (Megabits pro Sekunde), GBit/s (Gigabits pro Sekunde) oder TBit/s (Terabits pro Sekunde).

M = Mega = 1,000 Bits

G = Giga = 1,000 Mega = 1,000,000,000 Bits

T = Tera = 1,000 Giga = 1,000,000,000,000 Bits

 

Nach dem Terabit kommen Petabit, Exabit, Zettabit und Yottabit, die jeweils eine weitere Zehnerpotenz darstellen.

Bandbreite kann auch in Bytes pro Sekunde ausgedrückt werden. Das wird gewöhnlich mit einem großen B geschrieben. Zum Beispiel würde man 10 Megabytes pro Sekunde als 10 MB/s ausdrücken.

Ein Byte enthält acht Bits.

Daher sind 10 MB/s = 80 MBit/s.

Für Bytes können dieselben Präfixe verwendet werden wie für Bits. Also ist 1 TB/s ein Terabyte pro Sekunde.

Messung der Bandbreite

 

Die Messung der Bandbreite erfolgt gewöhnlich mithilfe von Software oder Firmware und einer Netzwerkschnittstelle. Zu üblichen Hilfsprogrammen für die Bandbreitenmessung gehören z. B. Test TCP (TTCP) und PRTG Network Monitor.

TTCP misst den Durchsatz in einem IP-Netzwerk zwischen zwei Hosts. Ein Host ist der Empfänger, der andere der Sender. Jede Seite zeigt die Anzahl der übertragenen Bytes und die Zeit an, die jedes Datenpaket für die Übertragung in einer Richtung braucht.

PRTG stellt eine grafische Oberfläche und Diagramme zur Messung von Bandbreitentrends über längere Zeiträume bereit und kann den Datenverkehr zwischen unterschiedlichen Schnittstellen messen.

 

In der Regel wird zur Messung der Bandbreite die gesamte Datenmenge gezählt, die während eines bestimmten Zeitraums gesendet und empfangen wurde. Die resultierenden Messgrößen werden dann als Zahl pro Sekunde ausgedrückt.

Eine andere Methode zur Messung der Bandbreite besteht darin, eine Datei oder mehrere Dateien bekannter Größe zu übertragen und zu messen, wie lange die Übertragung dauert. Das Ergebnis wird in Bit/s konvertiert, indem die Größe der Dateien durch die für die Übertragung erforderliche Zeit geteilt wird. Bei den meisten Tests der Internetgeschwindigkeit wird diese Methode verwendet, um die Verbindungsgeschwindigkeit des Computers eines Benutzers mit dem Internet zu ermitteln.

Während es keine Möglichkeit gibt, die insgesamt verfügbare Bandbreite zu messen, gibt es viele Arten, die gemessene Bandbreite je nach Bedarf zu definieren.

Theoretisches Maximum – die höchste Übertragungsrate unter idealen Bedingungen. Die theoretisch maximale Übertragungsrate lässt sich in tatsächlichen Systemen nicht erreichen. In der Regel wird das theoretische Maximum nur für Vergleichszwecke verwendet, um zu bestimmten, wie gut eine Verbindung im Vergleich zum theoretisch möglichen Maximum funktioniert.

Effektive Bandbreite – die höchste zuverlässige Übertragungsrate. Sie ist immer niedriger als das theoretische Maximum. Manchmal wird sie als die beste nutzbare Bandbreite betrachtet. Sie ist nötig um zu verstehen, welche Datenverkehrsmenge eine Verbindung handhaben kann.

Durchsatz – die durchschnittliche Rate erfolgreicher Datenübertragung. Sie ist nützlich, um die typische bzw. normale Geschwindigkeit einer Verbindung zu verstehen. Beim Durchsatz handelt es sich um die Übertragungsgröße geteilt durch die für die Übertragung benötigte Zeit. Durchsatz wird in Bytes pro Sekunde gemessen und ist der effektiven Bandbreite und dem theoretischen Maximum in dem Sinne ähnlich, dass sich damit ermitteln lässt, wie gut eine Verbindung funktioniert.

Nettodatendurchsatz – misst die übertragene Nutzdatenmenge ohne unerwünschte Daten wie Paketneuübertragungen oder Protokolloverhead. Der Nettodurchsatz wird berechnet, indem die Größe der übertragenen Datei durch die für die Übertragung erforderliche Zeit geteilt wird.

Gesamtübertragungs-Methode – misst den gesamten Datenverkehr während einer bestimmten Zeitdauer, in der Regel während eines Monats. Diese Methode ist am nützlichsten für Abrechnungen auf der Grundlage der genutzten Bandbreite.

95.-Perzentil-Methode – Um Bandbreitenmessungen zu vermeiden, die durch Nutzungsspitzen verzerrt werden, benutzen Telefongesellschaften oft die 95.-Perzentil-Methode. Dabei handelt es sich darum, die Bandbreitennutzung kontinuierlich zu messen und dann die obersten 5 Prozent abzuziehen. Diese Methode ist nützlich für Abrechnungen auf der Grundlage der „gewöhnlich“ während eines bestimmten Zeitraums genutzten Bandbreite.

In echten Netzwerken variiert die Bandbreite je nach Nutzungs- und Netzwerkbedingungen mit der Zeit. Infolgedessen sagt eine einzelne Bandbreitenmessung sehr wenig über die tatsächliche Bandbreitennutzung aus. Eine Reihe von Messungen kann nützlicher sein, wenn Durchschnittswerte oder Trends bestimmt werden sollen.

Bandwidth Monitoring

Bandbreite im Vergleich zu Geschwindigkeit und Durchsatz


Es gibt viele Möglichkeiten, den Datenfluss in einem Netzwerk darzustellen. Die Geschwindigkeit eines Netzwerks wird als die Bitrate der Verbindung definiert, die von der physikalischen Signalgeschwindigkeit des Mediums bestimmt wird.

Bei der Bandbreite handelt es sich darum, welcher Teil der physikalischen Kapazität der Verbindung für die Datenübertragung genutzt werden kann. Sie wird durch den Anteil der Netzwerkkapazität bestimmt, der je nach Verbindung verfügbar ist. Obwohl eine Gigabit-Ethernetnetzwerkverbindung 1 GBit/s ermöglichen würde, wäre die für einen über eine schnelle Ethernetkarte verbundenen Computer verfügbare Bandbreite nur 100 MBit/s.

Der Durchsatz ist die Rate der erfolgreich übertragenen Daten, während es sich bei der Bandbreite um eine Berechnung der Datenmenge handelt, die durch die Netzwerkschnittstelle tritt, ungeachtet dessen, ob dadurch eine erfolgreiche Übertragung erzielt wird oder nicht. Daher ist der Durchsatz immer niedriger als die Bandbreite.

Warum die Bandbreite gemessen wird


Es gibt mehrere Gründe, um die Bandbreite zu messen. Wenn im Vergleich zur theoretisch maximalen Bandbreite nur wenig nutzbare Bandbreite vorhanden ist, kann das ein Anzeichen für Netzwerkprobleme sein, insbesondere, wenn es sehr unterschiedliche nutzbare Bandbreiten in unterschiedlichen Teilen eines Netzwerks gibt, die eigentlich gleich gut funktionieren sollten.

Außerdem ist die Messung der Bandbreite nötig um sicherzustellen, dass kostenpflichtige Verbindungen auch das leisten, was sie versprechen. Private Benutzer können einen Online-Bandbreitentest wie z. B. den DSLReports-Geschwindigkeitstest ausführen, um zu sehen, welchen Anteil ihrer Verbindung mit „bis zu 40 MBit/s“, die ihnen ihr Internetdienstanbieter berechnet, sie tatsächlich nutzen können. Für Unternehmen kann es sinnvoller sein, den Durchsatz zwischen Büros zu messen, die mit einer von der Telefongesellschaft geleasten Leitungsverbindung verbunden werden.

Bandbreitenverwaltung

Um die richtige Bandbreitenverwaltung bzw. Servicequalitätskontrollen implementieren zu können, muss erst ermittelt werden, welche Bandbreite verwendet wird. Sobald das getan wurde, wird durch kontinuierliche Messungen sichergestellt, dass alle Benutzer die nötige Bandbreite erhalten.

Bandbreiteneinschränkung

Sobald die Bandbreitennutzungsmuster verstanden worden sind und deutlich wird, dass bestimmte Benutzer oder Anwendungen die Netzwerkleistung für andere verschlechtern, können Maßnahmen ergriffen werden, um die genutzte Bandbreite für diese Benutzer bzw. Anwendungen einzuschränken.

Bandbreitenmaxima

Manche Verbindungsarten haben eine maximale definierte Bandbreite. Die tatsächliche Bandbreite hängt von vielen Faktoren wie der Umgebung, der Verkabelung und der Nutzung ab und liegt gewöhnlich unter dem theoretischen Maximum.



Kabelgebundene Bandbreitenstandards für Verbindungen

Dialup Modem 56 kbps
T1 (Digital leased landline connection) 1.544 Mbps
E1 (Digital leased landline connection European) 2.048 Mbps
Asynchronous DSL 4 Mbps
Ethernet 10 Mbps
T3 (Digital leased landline connection) 44.763 Mbps
VDSL 55 Mbps
VDSL 2 100 Mbps
Fast Ethernet 100 Mbps
OC3 (Ficer optic leased landline connection) 155 Mbps
OC 12 (Ficer optic leased landline connection) 622 Mbps
Gigabit Ethernet 1000 Mbps or 1 Gbps
VSDL 2 Vplus 300 Mbps
10 Gigabit Ethernet 10 Gbps
100 Gigabit Ethernet 100 Gbps

 


Maximale Downloadgeschwindigkeiten gemäß Standards für drahtlose Netzwerke

Die Verbindungsgeschwindigkeiten bei drahtlosen Netzwerken sind je nach Verbindungsbedingungen sehr unterschiedlich. Die folgenden Zahlen stellen die maximalen Bandbreitengeschwindigkeiten gemäß dem jeweiligem Standard bzw. der Spezifikation dar.

802.11b 11 Mbps
802.11g 54 Mbps
802.11n 600 Mbps
802.11ac 600 Mbps
3G - HSPA 7.2 Mbps
3G - HSPA+ 21 Mbps
3G - DC-HSPA+ 42 Mbps
4G - LTE 100 Mbps
5G (proposed) 1 Gpbs (or higher)

Erwerb von Bandbreite


Bandbreite wird am häufigsten von Telefongesellschaften bezogen. Bandbreite für Verbraucher wird meistens als ein Wert „bis zu“ verkauft, was bedeutet, dass der Kunde bis zu 40 MBit/s bekommen kann, dass jedoch die Verbindung diese Geschwindigkeit nicht immer garantiert. Die Geschwindigkeit kann zu unterschiedlichen Tageszeiten oder abhängig von anderen Bedingungen höher oder niedriger sein. Unternehmen beziehen ihre Bandbreite ebenfalls am häufigsten von Telefongesellschaften. Viele Firmenvereinbarungen enthalten jedoch vertragliche Leistungsmessungen, die erfüllt werden müssen. Dazu gehören eine nutzbare Mindestbreite, eine Mindestbetriebszeit und andere Werte.

Außerdem kann Bandbreitenmessung verwendet werden, um anstelle einer vollständigen Verbindung nur spezifische Nutzungen zu berechnen. Zum Beispiel kann der Besitzer einer Website dem Websitehost nur die Bandbreite bezahlen, die von der jeweiligen Website während einer bestimmten Zeit wie z. B. über einen monatlichen Abrechnungszeitraum verwendet wird.

Bandbreitenprobleme

Zu wenig Bandbreite

Obwohl heutige Protokolle ziemlich gut dabei sind, keine Pakete zu verlieren, können manche Operationen aufgrund eingeschränkter Bandbreite immer noch zu lange dauern, wodurch Zeitüberschreitungen oder andere Probleme verursacht werden. Diese Probleme können Applikationsfehler oder Datenbankfehler bewirken. Wenn Daten über ein Netzwerk gesichert oder kopiert werden, kann die Sicherung wegen zu kleiner Bandbreite zu lange dauern und oft andere Stapelverarbeitungsvorgänge oder sogar die Hauptarbeitszeiten beeinträchtigen.

Außerdem können Benutzer, die sich auf eine Verbindung mit zu kleiner Bandbreite verlassen, lange Verzögerungen zwischen einem Betätigungsvorgang wie z. B. dem Drücken einer Schaltfläche und der Reaktion darauf bemerken. Wenn Benutzer darauf warten, dass Informationen oder andere Daten heruntergeladen werden, kann eine zu kleine Bandbreite dazu führen, dass die Vorgänge sehr lange dauern, oder die Benutzer sogar veranlassen, das Warten aufzugeben.

Wenn Benutzer versuchen, über ein Netzwerk anzurufen, z. B. mit „Voice over IP“ (VoIP), wird durch eine zu kleine Bandbreite eine schlechtere Anrufqualität verursacht. Die meisten VoIP-Systeme reduzieren die Anrufqualität abhängig von der verfügbaren Bandbreite. Wenn nicht genug Bandbreite vorhanden ist, kann der Anruf „blechern“ klingen, oder es können Echos zu hören sein. Wenn die Qualität schlecht genug ist, kann es zu tatsächlichen Unterbrechungen während des Anrufs kommen, durch die Teile des Gesprächs verloren gehen.

Videoanrufe benötigen sogar noch mehr Bandbreite. Wenn Videoanrufe ohne die notwendige Bandbreite erfolgen, kommt es nicht nur zu schlechter Tonqualität, sondern auch zu einem schlechten oder zitternden Bild.

Für Internetbenutzer empfiehlt die „Federal Communications Commission“ (FCC) in den USA eine Mindestbandbreite von 4 MBit/s für angemessene Leistung beim Streaming eines Videos in HD-Qualität. Viele Videoplayer funktionieren mit weniger Bandbreite, indem sie Daten „puffern“ bzw. herunterladen, bevor sie dargestellt werden. Wenn die Verbindung zu langsam ist, müssen Benutzer entweder lange warten, bis das Video beginnt, während das System viele Daten puffert, oder das Video kann plötzlich abbrechen, wenn dem System die gepufferten Daten zum Abspielen ausgehen.

Auch Spieler sind wegen eingeschränkter Bandbreite oft frustriert. Wenn Spieler online gegeneinander antreten, sehen sie mit schnelleren Verbindungen oft schneller, was passiert, und die Daten zu ihren Reaktionen werden schneller gesendet und empfangen. Die FCC empfiehlt für Multiplayer-Online-Spiele in HD eine Mindest-Downloadgeschwindigkeit von 4 MBit/s.

 

E-Mail

0.5 Mbps

Webbrowsen

0.5 Mbps to 1.0 Mbps

Streamen von Musik

0.5 Mbps

Anrufe (VoIP)

0.5 Mbps

Streamen von Videos

0.7 Mbps

Streamen von Filmen (nicht HD)

1.5 Mbps

Streamen von Filmen in HD-Qualität

4 Mbps

Einfache Videokonferenzen

1 Mbps

HD-Videokonferenzen

4 Mbps

Spielkonsole mit Internetverbindung

1 Mbps

Multiplayer-Online-Spiele in HD

4 Mbps


Tabelle mit erforderlichen Mindest-Downloadgeschwindigkeiten laut FCC

Zu viel Bandbreite

Es gibt wenig technische Probleme, die durch zu viel Bandbreite verursacht werden. Eine größere Bandbreitenkapazität kostet jedoch in der Regel mehr. Zu viel Bandbreite ist also eventuell nicht kosteneffektiv.

Latenz

Durch Netzwerkdesign und Infrastruktur können ebenfalls Bandbreitenprobleme verursacht werden. Mit Latenz werden die Verzögerungen in einem Netzwerk gemessen, die niedrigeren Durchsatz bzw. Nettodurchsatz verursachen können. Ein Netzwerk mit niedriger Latenz hat kurze Verzögerungen, ein Netzwerk mit hoher Latenz dagegen längere. Hohe Latenz hindert Daten daran, die Möglichkeiten des Netzwerks voll auszunutzen, und verringert somit die Bandbreite.

Fehlersuche bei Bandbreitenproblemen

 

Durch Auffinden und Beheben von Bandbreitenproblemen lässt sich die Netzwerkleistung ohne kostspielige Upgrades verbessern.

Ping und Traceroute

Tools wie Ping und Traceroute können bei der Fehlersuche an grundlegenden Problemen helfen.
Durch Anpingen eines Testservers werden zum Beispiel Informationen zur Geschwindigkeit, mit der Daten gesendet und empfangen werden können, sowie zu durchschnittlichen Roundtripzeiten zurückgeschickt. Hohe Pingzeiten weisen auf höhere Latenz im Netzwerk hin.
Mit dem Traceroute-Tool lässt sich feststellen, ob es zu viele einzelne Netzwerkverbindungen bzw. Hops entlang eines Verbindungspfads gibt. Darüber hinaus meldet Traceroute die Zeit, die für jeden Hop benötigt wird. Wenn für einen einzelnen Hop mehr Zeit gebraucht wird, lässt sich damit u. U. die Quelle eines Problems bestimmen.

Test Your Ping Speed

TTCP

TTCP misst die Zeit, die Daten brauchen, um von einer Netzwerkschnittstelle zu einer anderen mit einem Empfänger am anderen Ende zu gelangen. Dadurch wird der Rückweg aus der Berechnung eliminiert, und somit kann TTCP mithelfen, Probleme schnell zu lokalisieren. Wenn die gemessene Bandbreite kleiner ist als erwartet, lässt sich das Problem durch weitere Messungen isolieren. Erfolgt eine Messung zu einer anderen Schnittstelle am selben Netzwerk schneller? Wenn ja, wo liegt der Unterschied zwischen den beiden Systemen? Durch kontinuierliche Messung der Bandbreite können Administratoren die Engpässe im Netzwerk gezielt angehen.

PRTG-Netzwerkmonitor

Mit seiner Datensammelfähigkeit und seiner grafischen Oberfläche kann PRTG auch bei der Fehlersuche von Bandbreitenproblemen mithelfen, die nicht designbedingt sind. Wenn zum Beispiel die Bandbreitennutzung im Laufe der Zeit gemessen wird, kann u. U. festgestellt werden, dass manche Benutzer oder Anwendungen manchmal größere Bandbreiten verwenden, wodurch Netzwerküberlastungen verursacht werden und sich die Reaktionsschnelligkeit des Netzwerks für andere Benutzer verlangsamt.