Bandbreite
Der Begriff Bandbreite (engl. Bandwidth) wird im IT-Umfeld als Beschreibung zweier unterschiedlicher Kategorien verwendet:
1. Bandbreite ist der Frequenzbereich, den ein elektronisches Signal auf einem bestimmten Übertragungsmedium nutzt. Damit ist die Differenz zwischen der hochfrequentesten Signalkomponente und der mit der niedrigsten Frequenz gemeint. Wie die Frequenz eines Signals wird die Bandbreite in Hertz (Zyklen pro Sekunde) gemessen. Das ist die ursprüngliche Bedeutung von Bandbreite. Heutzutage wird der Begriff im IT-Bereich aber mehr im Zusammenhang mit Mobilfunknetzwerken und Frequenzspektren, die Betreiber von den Staaten für mobile Services lizenzieren, benutzt.
2. Bei IT-Hardware wird die Bandbreite als ein Synonym für die maximal mögliche Datenübertragungsrate verwendet. Netzwerkbandbreite ist beispielsweise die Fähigkeit einer drahtgebundenen oder drahtlosen Netzwerk-Kommunikationsverbindung, die maximale Datenmenge von einem Punkt zu einem anderen über ein Computernetzwerk oder eine Internetverbindung in einer bestimmten Zeitspanne, normalerweise eine Sekunde, zu übertragen. Bandbreite ist gleichbedeutend mit Kapazität. Die Bandbreite ist kein Maß für die Netzwerkgeschwindigkeit – ein weitverbreitetes Missverständnis.
Die Bedeutung von Bandbreite
Je mehr Bandbreite eine Datenverbindung hat, desto mehr Daten kann sie gleichzeitig senden und empfangen. Die Bandbreite kann mit der Wassermenge verglichen werden, die durch ein Wasserrohr fließen kann. Je dicker das Rohr ist, desto mehr Wasser kann gleichzeitig durch es strömen.
Die Bandbreite funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Je höher also die Kapazität der Kommunikationsverbindung oder der Leitung ist, desto mehr Daten können pro Sekunde durch die Leitung fließen.
Endbenutzer zahlen für die Kapazität ihrer Netzwerkverbindungen. Je größer die Kapazität der Verbindung ist, desto teurer ist sie daher.
Bandbreite versus Geschwindigkeit
Die Begriffe Bandbreite und Geschwindigkeit werden oft synonym verwendet – das ist aber nicht korrekt. Der Grund für die Verwirrung mag zum Teil darin liegen, dass sie in der Werbung von Internet Service Providern (ISP) verwendet werden, die sich auf höhere Geschwindigkeiten beziehen, obwohl sie eigentlich Bandbreite bedeuten. Im Wesentlichen bezieht sich Geschwindigkeit auf die Rate, mit der Daten gesendet werden können, während die Definition von Bandbreite die Kapazität für diese Geschwindigkeit ist. Um die gängige Wassermetapher zu verwenden, bezieht sich Geschwindigkeit darauf, wie schnell Wasser durch ein Rohr fließt; Bandbreite bezieht sich auf den Durchmesser des Rohrs. Um Verwirrung zu vermeiden, ist es sinnvoller, die Begriffe Bandbreite (oder Bandbreitenkapazität) und Netzwerkgeschwindigkeit statt nur Bandbreite zu verwenden.
Warum Bandbreite wichtig ist
An jedem beliebigen Einsatzort, beispielsweise in einem Haushalt oder Unternehmen, gibt es Bandbreitenbeschränkungen. Das heißt, es gibt nur so viel Spielraum in der Leitung, dass die Daten fließen können. Aus diesem Grund müssen sich mehrere Geräte an einem einzigen Standort die Bandbreite teilen. Einige Geräte oder Anwendungen, beispielsweise das Streamen von Videoinhalten über ein Smart-TV, benötigen im Vergleich weitaus mehr Bandbreite als etwa ein Tablet-PC beim Surfen im Internet. Obwohl Geschwindigkeit und Bandbreite nicht austauschbar sind, ist eine größere Bandbreite unerlässlich, wenn eine tolerierbare Geschwindigkeit auf mehreren Geräten aufrechterhalten werden soll.
Wie man Bandbreite misst
Während die Bandbreite traditionell in Bits pro Sekunde (Bit/s) ausgedrückt wird, verfügen moderne Netzwerkverbindungen über eine größere Kapazität, die üblicherweise in Millionen von Bits pro Sekunde (MBit/s oder Mbps) oder Milliarden von Bits pro Sekunde (Gigabit pro Sekunde, GBit/s oder Gbps) gemessen wird.
Bandbreitenverbindungen können symmetrisch sein, was bedeutet, dass die Datenkapazität zum Hoch- oder Herunterladen von Daten in beiden Richtungen gleich ist, oder asymmetrisch, was bedeutet, dass die Kapazität zum Herunterladen und Hochladen nicht gleich ist. Bei asymmetrischen Verbindungen ist die Upload-Kapazität in der Regel kleiner als die Download-Kapazität.
Überlegungen zur Berechnung der Bandbreite
Technologische Fortschritte haben einige Bandbreitenberechnungen komplexer gemacht. Sie können außerdem von der Art der verwendeten Netzwerkverbindung abhängen. Zum Beispiel kann eine Glasfaser, die verschiedene Arten von Lichtwellen und Zeitmultiplexing (Time-division Multiplexing, TDM) verwendet, mehr Daten auf einmal über eine Verbindung übertragen, wodurch die Bandbreite effektiv erhöht wird. In Mobilfunknetzwerken ist die Bandbreite definiert als das Spektrum von Frequenzen, das die Betreiber vom Staat für die Nutzung in mobilen Diensten lizenzieren.
Die effektive Bandbreite, das ist die höchste zuverlässige Übertragungsrate, die eine Verbindung bieten kann, lässt sich mit einem Bandbreitentest messen. Dabei wird die Kapazität der Verbindung durch wiederholte Messung der Zeit ermittelt, die eine bestimmte Datei benötigt, um ihren Ursprungsort zu verlassen und am Zielort erfolgreich heruntergeladen zu werden.
Zusätzlich zu den Tests müssen Unternehmen berechnen, wie viel Bandbreite sie für das Ausführen aller Anwendungen in ihren Netzwerken benötigen. Um herauszufinden, wie viel Kapazität sie benötigen, müssen Organisationen die maximale Anzahl von Benutzern ermitteln, die die Netzwerkverbindung gleichzeitig nutzen könnten. Diese Zahl ist dann mit dem Faktor der von jeder Anwendung benötigten Bandbreitenkapazität zu multiplizieren.
Um die benötigte Bandbreite für die Cloud zu berechnen, ist es wichtig, die Kapazität zu kennen, die zum Senden und Empfangen von Datenverkehr aus Public Clouds benötigt wird. Die Kapazität kann durch jede Überlastung der verwendeten Verbindungen, um Anbieter von Public Clouds zu erreichen, beeinträchtigt werden, insbesondere wenn diese Daten über das Internet laufen.
Wenn man untersucht, wie viel Bandbreite eine bestimmte Anwendung benötigt, gibt es zwei grundlegende Schritte zur Berechnung der Bandbreitenanforderungen:
1. Bestimmen Sie die Menge der verfügbaren Netzwerkbandbreite, angegeben in Bytes pro Sekunde (Byte/, B/s oder Bps).
2. Bestimmen Sie die durchschnittliche Auslastung, die von der spezifischen Anwendung benötigt wird, angegeben in Bytes pro Sekunde.
Nach der Bestimmung der Netzwerkbandbreite ist es notwendig, zu sehen, wie viel Bandbreite jede Anwendung nutzt. Bandbreitentests können dazu verwendet werden, die Anzahl der Bytes pro Sekunde zu ermitteln, die die Anwendung über das Netzwerk sendet.
Leistungsbeeinflussende Faktoren
Die maximale Kapazität einer Netzwerkverbindung ist nur ein Faktor, der sich auf die Netzwerkleistung auswirkt. Paketverlust, Latenz und Jitter können den Netzwerkdurchsatz beeinträchtigen und dazu führen, dass eine Verbindung mit hoher Kapazität wie eine mit geringerer verfügbarer Bandbreite funktioniert. Ein Ende-zu-Ende-Netzwerkpfad besteht in der Regel aus mehreren Netzwerkverbindungen, jede mit unterschiedlicher Bandbreitenkapazität. Infolgedessen wird die Verbindung mit der geringsten Bandbreite oft als Flaschenhals bezeichnet, da die Verbindung mit der geringsten Bandbreite die Gesamtdatenkapazität aller Verbindungen im Pfad begrenzen kann.
Bandbreite nach Bedarf (Bandwith On Demand)
Die maximal verfügbare Bandbreite für dedizierte Kommunikationsverbindungen wird in der Regel monatlich zu einem festgelegten Preis verkauft. Bandbreite auf Abruf - auch Bandwith On Demand, dynamische Bandbreitenzuweisung oder Burstable Bandwidth genannt – ist jedoch eine Option, die es Teilnehmern ermöglicht, die Menge der verfügbaren Bandbreite zu bestimmten Zeiten oder für bestimmte Zwecke zu erhöhen. Bandwidth On Demand ist eine Technik, mit der zusätzliche Kapazität auf einer Kommunikationsverbindung bereitgestellt werden kann, um Spitzen im Datenverkehr zu bewältigen, die vorübergehend mehr Bandbreite benötigen.
Anstatt das Netzwerk mit teuren dedizierten Verbindungen zu überdimensionieren, wird die von Dienstanbietern bei Bedarf bereitgestellte Bandbreite häufig in Weitverkehrsnetzen (WAN) genutzt, um die Kapazität je nach Bedarf für ein bestimmtes Ereignis oder zu einer bestimmten Tageszeit zu erhöhen. Mit dieser Technik kann die Bandbreite in einem gemeinsam genutzten Telekommunikationsnetz erhöht werden, und die Benutzer zahlen nur für die zusätzliche Bandbreite, die sie verbrauchen.
Bandbreite nach Bedarf ist bei vielen Dienstanbietern verfügbar. Beispielsweise kann eine Verbindung mit 100 Mbit/s bis zu einem Gigabit ausfallen, weil die Verbindung des Dienstanbieters über diese Kapazität verfügt. Wenn ein Benutzer mehr als die auf dieser Verbindung mögliche absolute Höchstbandbreite benötigt, wäre eine andere physische Verbindung erforderlich.
Gelegentlich ermöglicht es ein Dienstanbieter Kunden, kulant über die von ihnen abonnierte Obergrenze der Bandbreite hinaus zu wachsen, ohne zusätzliche Gebühren für die Bandbreitennutzung zu erheben.
SD-WAN entspannt den Bandbreitenbedarf
Die SD-WAN-Technologie (Software-defined WAN) bietet Kunden zusätzliche Kapazität, da sie den Benutzern die Bandbreite von mehreren statt einer Verbindung zur Verfügung stellt. Dazu gehören oft eine MPLS-Leitung (Multiprotocol Label Switching) oder andere Arten von dedizierten Bandbreitenverbindungen. Dazu kommen noch nicht exklusive Verbindungsarten wie Breitbandinternet oder Mobilfunk.
Bandbreitendrosselung
ISPs oder Netzwerkadministratoren passen manchmal absichtlich die Geschwindigkeit (nach oben oder unten) der über das Netzwerk laufenden Daten an. Diese Maßnahme ist als Bandbreitendrosselung bekannt. Es gibt verschiedene Gründe für die Drosselung der Bandbreite, einschließlich der Begrenzung von Netzwerküberlastungen, insbesondere in Netzwerken mit öffentlichem Zugang. ISPs können die Bandbreitendrosselung einsetzen, um die Nutzung eines bestimmten Anwenders oder einer Klasse von Anwendern zu reduzieren. Mit gestaffelten Preisen kann ein Service-Provider zum Beispiel ein Menü mit Upload- und Download-Bandbreite anbieten. ISPs können auch die Bandbreite drosseln, um die Nutzung über alle Benutzer im Netzwerk auszugleichen.
Die Verwendung von Bandbreitendrosselung ist von Befürwortern der Netzneutralität kritisiert worden, die sagen, dass politische oder wirtschaftliche Motive hinter der Praxis der Bandbreitendrosselung stehen und dass sie ungerechterweise auf Bevölkerungsgruppen abzielen.
Um zu sehen, ob ein ISP die Bandbreite drosselt, kann ein Geschwindigkeitstest durchgeführt werden. Geschwindigkeitstests messen die Datenübertragungsrate zwischen einem Gerät und einem Testserver unter Verwendung der Internetverbindung. ISPs bieten Geschwindigkeitstests von ihren Internetseiten aus an, und unabhängige Tests sind auch von Diensten erhältlich. Da viele Faktoren die Ergebnisse eines Geschwindigkeitstests beeinflussen können, wird im Allgemeinen empfohlen, mehrere Tests zu verschiedenen Tageszeiten durchzuführen und unterschiedliche Server einzusetzen, die über die Speedtest-Site verfügbar sind.
Es stehen auch Tools zur Überwachung der Netzwerkbandbreite zur Verfügung, um Leistungsprobleme zu identifizieren, etwa einen defekten Router oder einen virusinfizierten Computer im Netzwerk. Die Bandbreitenüberwachung Netzwerkadministratoren auch dabei helfen, besser für zukünftiges Netzwerkwachstum zu planen, indem sie sehen, wo im Netzwerk die Bandbreitenkapazität am meisten benötigt wird. Überwachungs-Tools können Administratoren auch dabei helfen, zu sehen, ob ihr ISP sich an die in ihrem Vertrag festgelegte Service-Level-Vereinbarung (SLA) hält.
Drosselung des Datentransfers
Die Drosselung des Datentransfers, also die absichtliche Beschränkung der Menge digitaler Daten über einen Netzwerkserver, kann als eine weitere Form der Bandbreitendrosselung angesehen werden. Wenn sie in ausreichendem Umfang eingesetzt wird, kann die Drosselung des Datentransfers die Verbreitung von Computerviren, Würmern oder anderer Malware aus dem Internet kontrollieren.
