Datendurchsatz (Durchsatz)

Was ist Datendurchsatz?

Der Datendurchsatz (aus dem Englischen Throughput, Durchsatz) ist ein Maß dafür, wie viele Informationseinheiten ein System in einer bestimmten Zeitspanne verarbeiten kann. Er wird allgemein auf Systeme angewandt, von verschiedenen Aspekten von Computer- und Netzwerksystemen bis hin zu Organisationen. Es geht dabei um die Geschwindigkeit des Datentransfer in Netzwerken.

Zu den verwandten Maßstäben für die Systemproduktivität gehören die Geschwindigkeit, mit der ein bestimmtes Arbeitspensum erledigt werden kann, und die Antwortzeit, das heißt die Zeit, die zwischen einer einzelnen interaktiven Benutzeranfrage und dem Erhalt der Antwort vergeht.

Es lässt sich zwischen Datendurchsatz innerhalb von Systemen und zwischen zwei Systemen unterscheiden. Interner Durchsatz ist beispielsweise die Geschwindigkeit, die Daten von der CPU zum Storage benötigen. Datendurchsatz zwischen Systemen kann zum Beispiel das Transferieren von Backup-Daten an ein sekundäres System oder in die Cloud sein.

Unterschiedliche Arten des Datendurchsatzes

In der Vergangenheit war der Durchsatz ein Maß für die vergleichbare Effizienz großer kommerzieller Computer, auf denen viele Programme gleichzeitig liefen. Die Durchsatzmetriken haben sich mit der Entwicklung der Datenverarbeitung angepasst, wobei verschiedene Benchmarks zur Messung des Durchsatzes in verschiedenen Anwendungsfällen verwendet werden.

Batches pro Tag und Teraflops

Eine frühe Durchsatzmessung war die Anzahl der an einem Tag abgeschlossenen Batch-Jobs. Neuere Messungen gehen entweder von einer komplizierteren Mischung von Arbeiten aus oder konzentrieren sich auf einen bestimmten Aspekt des Computerbetriebs. Einheiten wie Billionen Fließkommaoperationen pro Sekunde (Teraflops) bieten einen Maßstab für den Vergleich der Kosten von Rohdatenverarbeitung im Zeitverlauf oder je nach Hersteller.

Netzwerkdurchsatz und Bits pro Sekunde

Bei der Datenübertragung ist der Netzwerkdurchsatz die Datenmenge, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums erfolgreich von einem Ort zum anderen übertragen wird. Der Netzwerkdurchsatz wird in der Regel in Bits pro Sekunde (Bit/s) gemessen, zum Beispiel in Megabit pro Sekunde (MBit/s) oder Gigabit pro Sekunde (GBit/s).

Speicherdurchsatz und Bytes pro Sekunde

In Speichersystemen bezieht sich der Durchsatz auf eine der beiden folgenden Angaben:

• die Datenmenge, die empfangen und auf das Speichermedium geschrieben werden kann
• die Datenmenge, die von den Medien gelesen und an das anfragende System zurückgegeben wird

Der Speicherdurchsatz wird in der Regel in Bytes pro Sekunde (Bit/s) gemessen. Er kann sich auch auf die Anzahl der diskreten Ein- und Ausgabevorgänge (E/A oder I/O) beziehen, die in einer Sekunde beantwortet werden, oder auf IOPS.

Transaktionen pro Sekunde

Der Durchsatz gilt auch für die höheren Ebenen der IT-Infrastruktur. IT-Teams können Datenbanken oder andere Middleware mit einem Begriff wie Transaktionen pro Sekunde (TPS) bezeichnen. Webserver können in Form von Seitenaufrufen pro Minute diskutiert werden.

Der Durchsatz gilt auch für Menschen und Organisationen, die diese Systeme nutzen. Unabhängig von der TPS-Einstufung seiner Helpdesk-Software hat beispielsweise ein Helpdesk seine eigene Durchsatzrate, die die Zeit einschließt, die die Mitarbeiter für die Bearbeitung von Anfragen aufwenden.

So unterscheiden sich Durchsatz, Bandbreite und Latenz

Die Begriffe Durchsatz, Bandbreite und Latenz oder Latenzzeit werden manchmal fälschlicherweise miteinander verwechselt. Die Netzwerkbandbreite bezieht sich auf die Kapazität des Netzwerks für die gleichzeitige Übertragung von Daten. Der Durchsatz drückt die Menge der Daten aus. Die Latenzzeit bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden.

Netzwerkdurchsatz und Latenz spiegeln zusammen die Leistung eines Netzwerks wider.

Durchsatz vs. Netzwerkbandbreite

Die Bandbreite ist die Kapazität einer drahtgebundenen oder drahtlosen Netzwerkkommunikationsverbindung, die maximale Datenmenge von einem Punkt zum anderen über ein Computernetzwerk oder eine Internetverbindung in einer bestimmten Zeitspanne (in der Regel eine Sekunde) zu übertragen. Als Synonym für die Kapazität beschreibt die Bandbreite die Datenübertragungsrate. Die Bandbreite ist aber kein Maß für die Geschwindigkeit des Netzwerks – ein weit verbreitetes Missverständnis.

Während die Bandbreite traditionell in Bits pro Sekunde ausgedrückt wird, haben moderne Netzwerkverbindungen eine höhere Kapazität, die in der Regel in Millionen von Bits pro Sekunde (MBit/s) oder Milliarden von Bits pro Sekunde (GBit/s) gemessen wird.

Der Durchsatz ist notwendigerweise niedriger als die Bandbreite, da die Bandbreite die maximalen Möglichkeiten eines Netzwerks und nicht die tatsächliche Übertragungsrate darstellt.

Durchsatz vs. Netzwerklatenz

Die Netzwerklatenz drückt aus, wie viel Zeit ein Datenpaket benötigt, um von einem bestimmten Punkt zu einem anderen zu gelangen. In einigen Umgebungen wird die Latenzzeit gemessen, indem ein Paket gesendet wird, das zum Absender zurückkehrt – diese Round Trip Time (Umlaufzeit) wird als Latenzzeit betrachtet. Im Idealfall ist die Latenzzeit so nah wie möglich an Null.

Zu einem verminderten Netzwerkdurchsatz tragen unter anderem folgende Faktoren bei:

• Hardware-Probleme: Router und andere Geräte sind veraltet oder weisen Fehler auf.
• Traffic: Wenn der Netzwerkdatenverkehr sehr hoch ist, kann es zu Paketverlusten

Folgende Faktoren tragen zur Netzwerklatenz bei:

• Ausbreitung: Dies ist die Zeit, die ein Paket benötigt, um mit Lichtgeschwindigkeit von einem Ort zum anderen zu gelangen.
• Übertragung: Das Medium selbst (ob Glasfaser, drahtlos, drahtgebunden oder anderes) führt zu einer gewissen Verzögerung, die von Medium zu Medium unterschiedlich ist. Die Größe des Pakets führt zu einer Verzögerung bei einem Hin- und Rückweg, da ein größeres Paket länger für den Empfang und die Rücksendung braucht als ein kleineres. Auch die Verwendung eines Repeaters zur Signalverstärkung führt zu einer zusätzlichen Latenzzeit.
• Router-Verarbeitung: Jeder Gateway-Knoten benötigt Zeit, um den Header eines Pakets zu prüfen und möglicherweise zu ändern, beispielsweise indem er die Anzahl der Hops im Time-to-Live-Feld ändert.
• Computer- und Speicherverzögerungen: Innerhalb von Netzwerken an jedem Ende der Strecke kann ein Paket bei zwischengeschalteten Geräten, zum Beispiel Switches und Bridges, Speicher- und Festplattenzugriffsverzögerungen unterliegen. In den Backbone-Statistiken wird diese Art von Latenz jedoch wahrscheinlich nicht berücksichtigt.

So lässt sich der Netzwerkdurchsatz messen und überwachen

Zur Messung und Überwachung des Netzwerkdatenverkehrs stehen verschiedene passive und aktive Tools zur Verfügung. Dazu gehören Simple Network Management Protocol (SNMP), Windows Management Instrumentation (WMI), tcpdump, Wireshark und andere.

SNMP ist ein Protokoll der Anwendungsschicht, das zur Verwaltung und Überwachung von Netzwerkgeräten und deren Funktionen verwendet wird. SNMP bietet eine gemeinsame Sprache für Netzwerkgeräte zur Weitergabe von Verwaltungsinformationen innerhalb von Einzel- und Multivendor-Umgebungen in einem lokalen Netzwerk (LAN) oder Weitverkehrsnetz (WAN). Die Version 3 von SNMP enthält Sicherheitsverbesserungen, die SNMP-Nachrichten authentifizieren und verschlüsseln sowie Pakete während der Übertragung schützen.

WMI umfasst eine Reihe von Spezifikationen von Microsoft zur Konsolidierung der Verwaltung von Geräten und Anwendungen in einem Netzwerk von Windows-Computersystemen aus. WMI liefert den Benutzern Informationen über den Status von lokalen oder entfernten Computersystemen. Außerdem unterstützt es die folgenden Aktionen:

• Konfiguration der Sicherheitseinstellungen
• Einstellen und Ändern von Systemeigenschaften
• Einstellen und Ändern von Berechtigungen für autorisierte Benutzer und Benutzergruppen
• Zuweisen und Ändern von Laufwerksbezeichnungen
• Planen von Prozessen zur Ausführung zu bestimmten Zeiten
• Sichern des Objekt-Repositorys
• Aktivieren oder Deaktivieren der Fehlerprotokollierung

Tcpdump ist ein Open-Source-Befehlszeilen-Tool zum Überwachen oder Erschnüffeln (Sniffen) des Netzwerkdatenverkehrs. Tcpdump erfasst und zeigt Paket-Header an und gleicht sie mit einer Reihe von Kriterien ab. Es versteht boolesche Suchoperatoren und kann Hostnamen, IP-Adressen, Netzwerknamen und -protokolle als Argumente verwenden.

Wireshark ist ein weiteres Open-Source-Tool, das den Netzwerkdatenverkehr analysiert. Es kann Details des Datenverkehrs untersuchen, zum Beispiel die Übertragungszeit, den Protokolltyp, die Header-Daten, die Quelle und das Ziel. Netzwerk- und Sicherheitsteams verwenden Wireshark häufig zur Bewertung von Sicherheitsvorfällen und zur Behebung von Problemen im Netzwerk.