Bandbreite

Wenn ein Video ruckelt oder ein Download ewig dauert, liegt das nicht nur an deinem Gerät. Oft geht es darum, wie viele Daten deine Verbindung pro Sekunde transportieren kann. In dieser Erklärung lernst du, was Bandbreite in Rechnernetzen bedeutet, wie du Angaben wie Mbit/s liest und warum eine Messung zu Hause fast nie genau den Werbewert zeigt.

Deine Lernziele

• Ich kann Bandbreite als Übertragungskapazität einer Verbindung erklären.
• Ich kann Bit/s, Mbit/s, Gbit/s und Byte/s unterscheiden.
• Ich kann einfache Downloadzeiten aus Dateigröße und Bandbreite berechnen.
• Ich kann Bandbreite, Latenz und Durchsatz voneinander abgrenzen.
• Ich kann typische Gründe nennen, warum die tatsächliche Datenrate sinkt.

Die Grundidee

Stell dir eine Verbindung wie ein Rohr für Datenpakete vor. Durch ein schmales Rohr fließt pro Sekunde weniger Wasser als durch ein breites Rohr. Bei Netzwerken ist das "Wasser" die Datenmenge, die pro Sekunde übertragen wird.

Definition

Bandbreite

Die Bandbreite einer Netzwerkverbindung gibt an, wie viele Daten pro Sekunde höchstens über diese Verbindung übertragen werden können. In der Informatik wird sie meistens als Bitrate angegeben, zum Beispiel in Mbit/s.

Bandbreite beschreibt also eine Kapazität. Sie sagt nicht direkt, wie schnell ein einzelnes Signal unterwegs ist, sondern wie viel Datenmenge in einer bestimmten Zeit durch die Verbindung passt.

Beispiel

Eine Internetleitung ist mit 100 Mbit/s angegeben.

Das bedeutet: Unter guten Bedingungen können pro Sekunde bis zu 100 Megabit übertragen werden. Wenn mehrere Geräte gleichzeitig streamen, herunterladen oder spielen, teilen sie sich diese Kapazität.

Merke

Hohe Bandbreite heißt: Viele Daten können pro Sekunde übertragen werden. Sie ist eine Kapazität, kein Versprechen für jede einzelne Situation.

Einheiten: Bit, Byte und Mbit/s

Damit Bandbreite nicht nur wie eine große Zahl wirkt, brauchst du die Einheiten. Ein Bit ist die kleinste Dateneinheit und kann 0 oder 1 sein. Ein Byte besteht aus 8 Bit. Dateien werden oft in Byte angegeben, Internetanschlüsse oft in Bit pro Sekunde.

Definition

Bitrate

Eine Bitrate gibt an, wie viele Bit pro Sekunde übertragen werden. Typische Schreibweisen sind Bit/s, kbit/s, Mbit/s und Gbit/s.

Die Vorsilben helfen bei großen Zahlen:

Beispiel

Eine Leitung schafft 100 Mbit/s. Wie viele Megabyte pro Sekunde sind das ungefähr?

1. 1 Byte besteht aus 8 Bit.
2. Deshalb teilst du die Bitrate durch 8.
3. \(100 \text{ Mbit/s} : 8 = 12{,}5 \text{ MB/s}\).

Die Leitung kann also höchstens ungefähr 12,5 Megabyte pro Sekunde übertragen.

Downloadzeit berechnen

Wenn du eine Datei herunterladen willst, kannst du die Zeit grob abschätzen. Die wichtigste Formel ist:

Die Einheiten müssen zusammenpassen. Wenn die Dateigröße in Megabyte angegeben ist, wandelst du zuerst in Megabit um.

Beispiel

Du lädst eine Datei mit 50 MB über eine Verbindung mit 100 Mbit/s.

1. Wandle die Datei um: \(50 \text{ MB} \cdot 8 = 400 \text{ Mbit}\).
2. Teile durch die Bandbreite: \(400 \text{ Mbit} : 100 \text{ Mbit/s} = 4 \text{ s}\).
3. Unter idealen Bedingungen dauert der Download also etwa 4 Sekunden.

In der Wirklichkeit kommen noch Protokoll-Daten, WLAN-Schwankungen und Server-Auslastung dazu. Darum ist die echte Zeit meist etwas länger.

Beispiel

Eine Videodatei hat 250 MB. Deine tatsächliche Datenrate liegt gerade bei 50 Mbit/s.

1. \(250 \text{ MB} \cdot 8 = 2000 \text{ Mbit}\).
2. \(2000 \text{ Mbit} : 50 \text{ Mbit/s} = 40 \text{ s}\).

Der Download braucht ungefähr 40 Sekunden, wenn die Verbindung stabil bleibt.

Merke

Für Downloadaufgaben gilt: Erst Byte in Bit umrechnen, dann Datenmenge durch Bandbreite teilen.

Bandbreite, Durchsatz und Latenz

Im Alltag wird oft alles "Internetgeschwindigkeit" genannt. In der Informatik lohnt sich die genauere Trennung, weil verschiedene Probleme unterschiedliche Ursachen haben.

Definition

Durchsatz

Der Durchsatz ist die Datenmenge, die tatsächlich erfolgreich pro Sekunde ankommt. Er liegt in echten Netzen meistens unter der theoretischen Bandbreite.

Definition

Latenz

Die Latenz ist die Verzögerung, bis eine Anfrage oder ein Datenpaket am Ziel ankommt. Ein Ping misst meist die Hin-und-zurück-Zeit, also die Round-Trip-Time. Beide Werte werden oft in Millisekunden angegeben.

Hohe Bandbreite hilft besonders bei großen Datenmengen, zum Beispiel Updates, Downloads und Videostreams. Niedrige Latenz ist besonders wichtig, wenn schnelle Reaktionen zählen, zum Beispiel bei Videokonferenzen, Online-Spielen oder beim Laden vieler kleiner Webseitenbestandteile.

Beispiel

Zwei Verbindungen können sich so unterscheiden:

• Verbindung A: 100 Mbit/s Bandbreite, aber 120 ms Latenz.
• Verbindung B: 50 Mbit/s Bandbreite, aber 20 ms Latenz.

Für einen großen Download ist A oft besser. Für ein Gespräch mit wenig Verzögerung kann B angenehmer wirken, obwohl die Bandbreite kleiner ist.

Gut zu wissen

Streng technisch stammt Bandbreite aus der Signaltechnik und kann einen Frequenzbereich in Hertz beschreiben. In Rechnernetzen meint man im Alltag damit oft die Datenübertragungsrate oder Bitrate. Diese Erklärung verwendet den Netzwerkgebrauch und nennt die genaue Größe dort, wo es wichtig ist.

Warum der Durchsatz schwankt

Die Zahl auf dem Router oder im Vertrag ist ein oberer Rahmen. Der tatsächliche Durchsatz hängt davon ab, was auf dem Weg zwischen deinem Gerät und dem Zielserver passiert.

Definition

Engpass

Ein Engpass ist die langsamste oder am stärksten belastete Stelle auf einem Übertragungsweg. Er begrenzt den Durchsatz der gesamten Verbindung.

Typische Engpässe sind ein schwaches WLAN-Signal, alte Netzwerkkarten, überlastete Server, viele gleichzeitige Geräte im Haushalt, störende Funknetze in der Nachbarschaft oder zusätzliche Daten durch Protokolle und Wiederholungen verlorener Pakete.

Beispiel

Dein Internetanschluss kann 250 Mbit/s. Dein Laptop ist aber über ein altes Kabel oder eine alte Schnittstelle nur mit 100 Mbit/s verbunden.

Auch wenn der Anschluss mehr könnte, kommt am Laptop nicht mehr als etwa 100 Mbit/s an. Die langsamere Teilstrecke begrenzt den Weg.

Beispiel

Vier Geräte nutzen gleichzeitig dieselbe Leitung:

• ein Laptop lädt ein großes Update,
• ein Fernseher streamt ein Video,
• ein Handy lädt Fotos hoch,
• eine Konsole spielt online.

Die verfügbare Kapazität wird aufgeteilt. Deshalb kann ein einzelnes Gerät weniger Durchsatz bekommen als bei einem Test ohne andere Nutzung.

Merke

Die langsamste Teilstrecke bestimmt, wie viel wirklich ankommt. Für Fehlersuche suchst du deshalb den Engpass.

Bandbreite messen und beurteilen

Eine Messung zählt, wie viele Daten in einer bestimmten Zeit übertragen werden. Ein Speedtest lädt dafür meist Testdaten herunter oder hoch und berechnet daraus eine Rate. Für eine faire Messung sollten möglichst wenige andere Geräte gleichzeitig die Leitung belasten.

Beispiel

Du willst prüfen, ob dein WLAN der Engpass ist.

1. Miss einmal per WLAN in deinem Zimmer.
2. Miss danach möglichst nah am Router.
3. Wenn erlaubt und möglich, miss zusätzlich per Netzwerkkabel.
4. Vergleiche die Werte.

Ist der Kabelwert deutlich höher als der WLAN-Wert, liegt der Engpass wahrscheinlich im Funknetz oder am Standort.

Gut zu wissen

Ein einzelner Messwert ist nur eine Momentaufnahme. Aussagekräftiger sind mehrere Messungen zu verschiedenen Zeiten, weil Netze je nach Auslastung schwanken.

Prüfungsmodus

In Aufgaben geht es selten nur darum, eine Definition aufzusagen. Du sollst oft entscheiden, welche Größe gemeint ist, ob eine Rechnung sinnvoll ist oder wo ein Engpass liegt.

Beispiel

Fehlersuche: Eine Schule hat einen 1-Gbit/s-Anschluss. Im Computerraum erreichen die Rechner aber höchstens 100 Mbit/s.

Mögliche Erklärung:

1. Der Anschluss nach außen ist nicht automatisch der Engpass.
2. Ein Switch, ein Kabel oder eine Netzwerkkarte im Raum könnte nur 100 Mbit/s unterstützen.
3. Dann begrenzt dieses Teilstück den Durchsatz aller betroffenen Rechner.

Alles auf einen Blick

Abschluss-Check

Nutze die Begriffe aus der ganzen Erklärung. Hier kommt keine neue Regel mehr dazu.

Zusammenfassung

Bandbreite beschreibt in Rechnernetzen, wie viele Daten pro Sekunde eine Verbindung übertragen kann. Sie wird meist in Bit/s, Mbit/s oder Gbit/s angegeben. Dateien stehen dagegen oft in Byte, deshalb brauchst du den Faktor 8.

Für einfache Downloadzeiten wandelst du die Datei in Bit um und teilst durch die Datenrate. In echten Netzen ist der Durchsatz häufig kleiner als die Bandbreite, weil WLAN, Server, Hardware, parallele Nutzung und Protokollaufwand bremsen können.

Wichtig ist auch die Abgrenzung zur Latenz: Bandbreite beschreibt Kapazität, Latenz beschreibt Verzögerung. Wer Netzwerkprobleme versteht, fragt deshalb immer: Geht es um zu wenig Datenrate, zu viel Verzögerung oder einen Engpass auf dem Weg?