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Bandbreite im Netzwerk einfach erklärt
Bandbreite beschreibt entweder einen nutzbaren Frequenzbereich oder die Kapazität einer Datenverbindung. Im Netzwerkalltag wird sie meist in Bit pro Sekunde angegeben: Eine größere Bandbreite ermöglicht, mehr Daten in derselben Zeit zu übertragen. Die tatsächlich erreichte Rate kann jedoch deutlich niedriger sein.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Welche zwei Bedeutungen hat Bandbreite?
Stell dir ein Telefongespräch und einen Dateidownload vor. In beiden Fällen spricht man von Bandbreite, meint aber nicht genau dasselbe.
Frequenzbandbreite
Die Frequenzbandbreite ist die Spanne zwischen einer unteren und einer oberen Grenzfrequenz. Sie wird in Hertz (Hz) angegeben und beeinflusst beispielsweise, welche Tonhöhen übertragen werden.
Für eine untere Grenzfrequenz $f_u$ und eine obere Grenzfrequenz $f_o$ gilt:
$$B=f_o-f_u$$
Ein Telefonsystem überträgt näherungsweise Frequenzen von 300 Hz bis 3.400 Hz. Seine Frequenzbandbreite beträgt deshalb:
$$B=3.400\,\mathrm{Hz}-300\,\mathrm{Hz}=3.100\,\mathrm{Hz}$$
Frequenzen außerhalb dieses Bereichs werden unterdrückt. Sprache bleibt verständlich, klingt aber anders als bei einem größeren übertragenen Frequenzbereich.
Datenbandbreite
Die Datenbandbreite bezeichnet im Netzwerkalltag die maximale Kapazität einer Verbindung. Sie wird als Datenrate in Bit pro Sekunde angegeben, zum Beispiel in Mbit/s oder Gbit/s.
Beide Bedeutungen hängen zusammen, sind aber nicht austauschbar. Aus einer Frequenzspanne allein kannst du ohne Angaben zur Übertragungstechnik keine Datenrate berechnen.
Hertz beschreibt einen Frequenzbereich. Bit pro Sekunde beschreibt eine Datenkapazität.
Warum ist Bandbreite nicht dasselbe wie Durchsatz?
Eine Verbindung kann eine hohe nominelle Bandbreite besitzen und trotzdem weniger Daten erfolgreich übertragen.
Durchsatz
Der Durchsatz ist die tatsächlich erreichte Rate erfolgreicher Datenübertragung. Er liegt unter realen Bedingungen meist unter der maximalen Bandbreite.
Eine Verbindung ist beispielsweise für 100 Mbit/s ausgelegt, erreicht während einer Messung aber nur 70 Mbit/s. Dann sind 100 Mbit/s die nominelle Bandbreite und 70 Mbit/s der gemessene Durchsatz.
Mögliche Ursachen für den Unterschied sind:
- gleichzeitige Nutzung durch viele Geräte;
- begrenzte Netzwerkkarten, Router oder Leitungen;
- Störungen und Hindernisse im WLAN;
- Protokolloverhead und erneute Übertragungen;
- Paketverlust;
- hohe Latenz.
Latenz
Die Latenz ist die Verzögerung bei der Übertragung. Eine Verbindung kann viel Kapazität besitzen und trotzdem langsam reagieren, wenn Datenpakete lange unterwegs sind.
Bandbreite und Latenz beantworten daher verschiedene Fragen: Wie viel kann gleichzeitig übertragen werden? und Wie lange dauert die Übertragung eines Pakets?
Ein Gigabit-Netz erlaubt bis zu 1 Gbit/s. Ist ein angeschlossener Computer nur mit einer Fast-Ethernet-Schnittstelle für 100 Mbit/s ausgestattet, begrenzt diese Schnittstelle die Verbindung. Die schnellere Netzstrecke kann das langsamste beteiligte Gerät nicht ausgleichen.
Wie liest du Bit, Byte und Datenraten richtig?
Ein Bit ist eine einzelne binäre Information. Ein Byte besteht aus acht Bit. Deshalb ist die Groß- und Kleinschreibung wichtig:
bit/soderMbit/s: Bit pro Sekunde;B/soderMB/s: Byte pro Sekunde.
Bei den hier verwendeten dezimalen Präfixen gilt:
- 1 kbit/s = 1.000 bit/s;
- 1 Mbit/s = 1.000.000 bit/s;
- 1 Gbit/s = 1.000.000.000 bit/s.
Eine Rate von 10 MB/s wird in Mbit/s umgerechnet. Weil ein Byte acht Bit enthält, rechnest du:
$$10\,\mathrm{MB/s}\cdot 8=80\,\mathrm{Mbit/s}$$
Der Zahlenwert wird beim Wechsel von Byte zu Bit mit acht multipliziert.
Großes B bedeutet Byte. Kleines bit bedeutet Bit. Ein Byte enthält acht Bit.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Eine Netzwerkdatenrate wird häufig in angegeben. Eine Frequenzbandbreite wird in gemessen. Ein Byte besteht aus Bit. 10 MB/s entsprechen .
Wie misst und untersuchst du eine Verbindung?
Ein einzelner Messwert zeigt nur die Leistung unter den Bedingungen des Messzeitpunkts. Aussagekräftiger werden Messungen, wenn du sie wiederholst und systematisch vergleichst.
Eine sinnvolle Diagnose folgt vier Schritten:
- Rate und Latenz messen: Ein Speedtest oder ein Werkzeug wie
iperfmisst die erreichte Rate zwischen Endpunkten. Ein Ping liefert unter anderem die Umlaufzeit von Datenpaketen. - Bedingungen festhalten: Notiere Zeitpunkt, Verbindung über Kabel oder WLAN, beteiligte Geräte und parallele Nutzung.
- Vergleichen: Miss zu verschiedenen Zeiten, über unterschiedliche Netzwege oder mit einem anderen Endgerät.
- Engpass eingrenzen: Prüfe das langsamste Gerät, die Auslastung, Funkstörungen, Leitungen und die Konfiguration.
traceroute kann zusätzlich die Stationen eines Netzpfads und deren Zeiten anzeigen. Ein auffälliger Abschnitt hilft dabei, den möglichen Problemort einzugrenzen.
Eine Messung bis zu einem nahen Testserver untersucht andere Netzabschnitte als eine Übertragung zu einem weit entfernten Server. Ein Messergebnis gilt deshalb immer für die verwendeten Endpunkte, den Weg und den Messzeitpunkt.
Bei knapper Kapazität können Router wichtigen Verkehr bevorzugen. Diese Priorisierung heißt Quality of Service (QoS). Sie erzeugt keine zusätzliche Bandbreite, kann aber etwa zeitkritische Sprachdaten gegenüber weniger dringenden Übertragungen bevorzugen.
Vertiefung: Was sagt das Verzögerungs-Bandbreiten-Produkt?
Auf einer Verbindung können sich mehrere Datenpakete gleichzeitig befinden. Das Verzögerungs-Bandbreiten-Produkt, kurz BDP, beschreibt die Datenmenge, die während einer Verzögerungszeit auf dem Übertragungsweg sein kann:
$$\mathrm{BDP}=\mathrm{Latenz}\cdot\mathrm{Bandbreite}$$
Vor dem Rechnen müssen Zeit und Datenrate zusammenpassen. Millisekunden werden deshalb in Sekunden umgewandelt.
Für eine Latenz von 10 ms und eine Bandbreite von 100 Mbit/s gilt zunächst:
$$10\,\mathrm{ms}=0{,}01\,\mathrm{s}$$
Dann folgt:
$$0{,}01\,\mathrm{s}\cdot100\,\mathrm{Mbit/s}=1\,\mathrm{Mbit}$$
Während dieser Zeit kann sich also eine Datenmenge von 1 Mbit auf dem Übertragungsweg befinden. Das Ergebnis ist eine Datenmenge, keine Datenrate.
Für TCP ist dieser Zusammenhang wichtig: Damit eine schnelle Verbindung ausgelastet werden kann, muss genügend Datenvolumen unterwegs sein können, ohne dass nach jedem kleinen Teil auf eine Bestätigung gewartet wird.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Bandbreite
- Frequenzbandbreite: Grenzfrequenzen und Einheit Hertz
- Datenbandbreite: maximale Kapazität in Bit pro Sekunde
- Realleistung: Durchsatz wird durch Engpässe und Auslastung begrenzt
- Reaktionszeit: Latenz ist eine eigene Messgröße
- Einheiten: ein Byte entspricht acht Bit
- Diagnose: messen, Bedingungen festhalten, vergleichen, eingrenzen
- Steuerung: QoS priorisiert wichtigen Verkehr
- Vertiefung: BDP verbindet Latenz und Bandbreite
Abschluss-Check
Du kannst Bandbreitenangaben nun nach ihrer Bedeutung und Einheit einordnen. Entscheidend ist, maximale Kapazität, tatsächlich erreichten Durchsatz und Verzögerung getrennt zu betrachten.