Bandbreite (Netzwerkbandbreite)
Was ist Netzwerkbandbreite?
Die Netzwerkbandbreite ist ein Maß für die maximale Kapazität einer drahtgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsverbindung zur Übertragung von Daten über eine Netzwerkverbindung in einer bestimmten Zeitspanne. Üblicherweise wird die Bandbreite in der Anzahl der Bits, Kilobits, Megabits oder Gigabits angegeben, die in einer Sekunde übertragen werden können. Die Bandbreite ist gleichbedeutend mit der Kapazität und beschreibt die Datenübertragungsrate. Die Bandbreite ist kein Maß für die Netzwerkgeschwindigkeit – ein weit verbreitetes Missverständnis.
Funktionsweise von Bandbreite?
Je mehr Bandbreite eine Datenverbindung hat, desto mehr Daten kann sie gleichzeitig senden und empfangen. Vom Konzept her kann die Bandbreite mit der Wassermenge verglichen werden, die durch ein Rohr fließen kann. Je größer der Durchmesser des Rohrs ist, desto mehr Wasser kann auf einmal hindurchfließen. Die Bandbreite funktioniert nach demselben Prinzip. Je höher die Kapazität der Kommunikationsverbindung ist, desto mehr Daten können pro Sekunde durch sie fließen.
Die Kosten für eine Netzwerkverbindung steigen mit zunehmender Bandbreite. So ist eine Dedicated Internet Access (DIA)-Verbindung mit 1 Gigabit pro Sekunde (Gb/s) teurer als eine Verbindung, die einen Durchsatz von 250 Megabit pro Sekunde (Mb/s) bewältigen kann.
Bandbreite vs. Geschwindigkeit
Die Begriffe Bandbreite und Geschwindigkeit werden oft synonym verwendet, aber nicht korrekt. Die Ursache für die Verwirrung liegt zum Teil in der Werbung von Internetdienstanbietern (ISPs), die die beiden Begriffe miteinander verwechseln, indem sie von höheren Geschwindigkeiten sprechen, obwohl sie eigentlich die Bandbreite meinen.
Im Wesentlichen bezieht sich die Geschwindigkeit auf die Rate, mit der Daten übertragen werden können, während die Definition der Bandbreite die Kapazität für diese Geschwindigkeit ist. Um noch einmal die Metapher mit dem Wasser zu verwenden: Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell Wasser durch ein Rohr gedrückt werden kann; die Bandbreite bezieht sich auf die Wassermenge, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums durch das Rohr bewegt werden kann.
Die Bedeutung von Bandbreite
Bandbreite ist keine unbegrenzte Ressource. An einem bestimmten Einsatzort, zum Beispiel in einem Haus oder einem Unternehmen, ist nur eine bestimmte Kapazität verfügbar. Manchmal ist dies auf physische Beschränkungen des Netzwerkgeräts zurückzuführen, zum Beispiel auf den Router oder das Modem, die Verkabelung oder die verwendeten Funkfrequenzen. In anderen Fällen wird die Bandbreite absichtlich von einem Netzwerkadministrator oder einem Internet- oder WAN-Anbieter begrenzt.
Mehrere Geräte, die dieselbe Verbindung nutzen, müssen sich die Bandbreite teilen. Einige Geräte, wie beispielsweise Fernsehgeräte, die 4K-Videos übertragen, sind wahre Bandbreitenfresser. Im Vergleich dazu benötigt ein Webinar in der Regel weit weniger Bandbreite. Obwohl Geschwindigkeit und Bandbreite nicht austauschbar sind, ist eine größere Bandbreite unerlässlich, um akzeptable Geschwindigkeiten auf mehreren Geräten zu erreichen. Zur Veranschaulichung zeigt Abbildung 1 den durchschnittlichen Bandbreitenverbrauch für verschiedene Dienste.
Wie man Bandbreite misst
Während die Bandbreite traditionell in Bits pro Sekunde (b/s) ausgedrückt wird, verfügen moderne Netzwerkverbindungen heute über eine weitaus höhere Kapazität, weshalb die Bandbreite jetzt häufiger in Mb/s oder Gb/s angegeben wird.
Bandbreitenverbindungen können symmetrisch sein, das heißt die Datenkapazität ist in beiden Richtungen gleich – Upload und Download – oder asymmetrisch, das heißt die Download- und Upload-Kapazität sind nicht gleich. Bei asymmetrischen Verbindungen ist die Upload-Kapazität in der Regel geringer als die Download-Kapazität; dies ist bei Internet-Breitbandverbindungen für Verbraucher üblich. WAN- und DIA-Verbindungen der Unternehmensklasse haben in der Regel eine symmetrische Bandbreite.
Überlegungen zur Bandbreitenberechnung
Durch den technologischen Fortschritt sind einige Bandbreitenberechnungen komplexer geworden und können von der Art der verwendeten Netzwerkverbindung abhängen. So können zum Beispiel Glasfasern, die verschiedene Arten von Lichtwellen und Zeitmultiplexing verwenden, im Vergleich zu Kupfer-Ethernet-Alternativen mehr Daten auf einmal über eine Verbindung übertragen, was die Bandbreite effektiv erhöht.
In mobilen Datennetzen wie Long-Term Evolution (LTE) und 5G wird die Bandbreite als das Frequenzspektrum definiert, das Betreiber von der Federal Communications Commission und der National Telecommunications and Information Administration für die Nutzung in den USA lizenzieren können. Dieses Spektrum kann rechtlich nur von dem Unternehmen genutzt werden, das die Lizenz dafür besitzt. Der Betreiber kann dann drahtlose Technologien zur Übertragung von Daten über dieses Spektrum einsetzen, um die größtmögliche Bandbreite zu erreichen, die die Hardware bieten kann.
Das Wi-Fi-Spektrum hingegen gilt als unlizenziert. Daher kann jeder, der einen Wi-Fi-Zugangspunkt (Access Point) oder einen Wi-Fi-Router besitzt, ein drahtloses Netzwerk aufbauen. Der Nachteil ist, dass die Verfügbarkeit des Spektrums nicht garantiert ist. Daher kann die Wi-Fi-Bandbreite leiden, wenn andere Wi-Fi-APs versuchen, einige oder alle derselben Frequenzen zu nutzen.
Die effektive Bandbreite, das heißt die höchste zuverlässige Übertragungsrate, die eine Verbindung mit einer bestimmten Transporttechnologie bieten kann, kann mit einem Bandbreitentest gemessen werden. Bei einem Bandbreitentest wird die Kapazität der Verbindung ermittelt, indem wiederholt die Zeit gemessen wird, die eine bestimmte Datei benötigt, um ihren Ausgangspunkt zu verlassen und am Zielort erfolgreich herunterzuladen.
Nach der Ermittlung des Bandbreitenverbrauchs im gesamten Netz muss dann festgestellt werden, wo sich die Anwendungen und Daten befinden, und ihr durchschnittlicher Bandbreitenbedarf für jeden Benutzer und jede Sitzung berechnet werden.
Um zu verstehen, wie viel Bandbreite ein Netzwerk-Uplink oder eine Internet-Breitbandverbindung benötigt, führen Sie die folgenden vier Schritte aus:
- Bestimmen Sie, welche Anwendungen genutzt werden sollen.
- Ermitteln Sie den Bandbreitenbedarf der einzelnen Anwendungen.
- Multiplizieren Sie den Bedarf jeder Anwendung mit der Anzahl der erwarteten gleichzeitigen Benutzer.
- Addieren Sie alle Zahlen für die Anwendungsbandbreite zusammen.
Um den Bandbreitenbedarf für Public oder Private Clouds über Internet- oder WAN-Verbindungen zu ermitteln, gilt die gleiche Berechnung. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass die verfügbare Bandbreite in einem lokalen Netzwerk oder WLAN im Vergleich zu WAN- oder DIA-Verbindungen in der Regel viel größer ist. Daher ist es wichtig, den Bandbreitenbedarf genau einzuschätzen und die Auslastung der Verbindungen im Laufe der Zeit zu überwachen. Die Überwachung der im Laufe eines Tages, einer Woche, eines Monats oder eines Jahres genutzten Bandbreite kann Netzwerktechnikern dabei helfen festzustellen, ob eine WAN/DIA-Verbindung über eine ausreichende Bandbreite verfügt – oder ob ein Bandbreiten-Upgrade erforderlich ist.
Wenn die Bandbreite in einem Netzwerk nicht ausreicht, werden Anwendungen und Dienste schlecht ausgeführt.
Faktoren, die die Netzwerkleistung beeinflussen
Die maximale Kapazität einer Netzwerkverbindung ist nur ein Faktor, der die Netzwerkleistung beeinflusst. Paketverluste,Latenzzeiten und Jitter können den Netzwerkdurchsatz beeinträchtigen und dazu führen, dass eine Verbindung mit hoher Kapazität wie eine Verbindung mit geringerer verfügbarer Bandbreite wirkt.
Ein Ende-zu-Ende-Netzwerkpfad besteht in der Regel aus mehreren Verbindungen, die jeweils unterschiedliche Bandbreitenkapazitäten aufweisen. Daher wird die Verbindung mit der geringsten Bandbreite oft als Engpass bezeichnet, da sie die Gesamtkapazität aller Verbindungen im Pfad einschränken kann.
Viele Unternehmensnetzwerke werden mit mehreren aggregierten Links bereitgestellt, die als eine einzige logische Verbindung fungieren. Wenn zum Beispiel ein Switch-Uplink vier aggregierte 1-Gbit/s-Verbindungen verwendet, hat er eine effektive Durchsatzkapazität von 4 Gbit/s. Wenn jedoch zwei dieser Verbindungen ausfallen, sinkt die Bandbreitengrenze auf 2 Gbit/s.
Bandbreite auf Abruf (On Demand)
Bandbreite für Internet- oder WAN-Verbindungen wird normalerweise zu einem festen Preis pro Monat verkauft. Bandbreite auf Abruf – auch dynamische Bandbreitenzuweisung oder Burstable-Bandbreite genannt – ist jedoch ein alternatives Modell, das es den Abonnenten ermöglicht, die Menge der verfügbaren Bandbreite zu bestimmten Zeiten oder für bestimmte Zwecke zu erhöhen. Bandbreite auf Abruf ist eine Technik, mit der zusätzliche Kapazität auf einer Kommunikationsverbindung bereitgestellt werden kann, um Ausbrüche im Datenverkehr zu bewältigen, die vorübergehend mehr Bandbreite erfordern.
Anstatt das Netzwerk das ganze Jahr über mit teuren dedizierten Verbindungen zu versorgen, wird Bandbreite auf Abruf häufig in WANs verwendet, um die Kapazität bei Bedarf für ein spezielles Ereignis oder eine Tageszeit zu erhöhen, wenn ein hohes Datenaufkommen zu erwarten ist. Ein Online-Blumenhändler beispielsweise muss seine Kapazität nur in den Wochen vor dem Muttertag erhöhen. Bandbreite auf Abruf ermöglicht es Unternehmen, nur für die zusätzliche Bandbreite zu zahlen, die sie über einen kürzeren Zeitraum verbrauchen.
Bandbreite auf Abruf wird von vielen Internet- und WAN-Dienstleistern angeboten. Je nach der Netzverbindung, die ein Kunde derzeit nutzt, kann ein Anbieter bei Bedarf zusätzliche Kapazität über die bestehende Verbindung bereitstellen. So kann beispielsweise eine 100-Mbit/s-Verbindung auf bis zu 1 Gbit/s aufgestockt werden, da die Verbindung des Dienstanbieters über freie Kapazitäten verfügt. Benötigt ein Kunde mehr als die absolute Höchstbandbreite, die auf dieser Verbindung verfügbar ist, wäre eine weitere physische Verbindung erforderlich.
Gelegentlich ermöglicht ein Dienstanbieter seinen Kunden, die abonnierte Bandbreitenobergrenze zu überschreiten, ohne zusätzliche Gebühren zu verlangen. Wenn Kunden jedoch regelmäßig mehr als 100 Mbit/s mit der Burst-Funktion aufrechterhalten, werden sie in der Regel vom Dienstanbieter auf der Grundlage der 95-prozentigen Berechnungen abgerechnet.
SD-WAN vereinfacht die Planung von dedizierten Bandbreitenkapazitäten
Software-definierte WAN-Technologie (SD-WAN) kann Kunden zusätzliche Kapazität bieten, indem der Datenverkehr über mehrere WAN- und DIA-Verbindungen statt über eine einzige Verbindung verteilt wird. SD-WAN-Implementierungen nutzen häufig eine Multiprotocol Label Switching (MPLS)-Verbindung oder andere Arten von dedizierten Transportverbindungen in Kombination mit einer kostengünstigen Breitband-Internet- oder Mobilfunkverbindung.
Wie lässt sich die Bandbreitennutzung optimieren und überwachen?
Netzwerktechniker haben mehrere Möglichkeiten, wenn eine Netzwerkverbindung überlastet ist. Die häufigste Wahl ist die Erhöhung der Bandbreite. Dies kann durch ein Upgrade der physischen Durchsatzkapazitäten der Verbindung oder durch Port-Aggregation und Lastausgleich (Load Balancing) erreicht werden, um den Datenverkehr logisch auf mehrere Verbindungen aufzuteilen. Manchmal sind diese Techniken jedoch nicht möglich.
ISPs oder Netzwerkadministratoren können auch absichtlich die Geschwindigkeit der Daten, die über das Netzwerk laufen, nach oben oder unten anpassen, eine Maßnahme, die als Bandbreitendrosselung bekannt ist. Es gibt verschiedene Gründe für die Bandbreitendrosselung, darunter die Begrenzung von Netzüberlastungen, insbesondere in öffentlichen Zugangsnetzen. ISPs können die Drosselung nutzen, um die Bandbreitennutzung durch einen bestimmten Anwender oder eine bestimmte Nutzergruppe zu reduzieren. Bei der Preisstaffelung kann ein Dienstanbieter zum Beispiel ein Menü mit Upload- und Download-Bandbreite anbieten. ISPs können die Bandbreite auch drosseln, um die Nutzung auf alle Nutzer im Netz gleichmäßig zu verteilen.
Die Befürworter der Netzneutralität kritisieren die Bandbreitendrosselung im Internet, da sie aus politischen oder wirtschaftlichen Gründen missbraucht werden kann und ungerechte Auswirkungen auf Teile der Bevölkerung hat.
Mit einem Geschwindigkeitstest lässt sich feststellen, ob ein Internetdienstanbieter die Bandbreite drosselt. Bei Geschwindigkeitstests wird die Geschwindigkeit zwischen einem Gerät und einem Testserver über die Internetverbindung des Geräts gemessen. Internetanbieter bieten auf ihren eigenen Webseiten Geschwindigkeitstests an, und unabhängige Tests sind auch bei Diensten wie Speedtest erhältlich. Da sich viele Faktoren auf die Ergebnisse eines Geschwindigkeitstests auswirken können, empfiehlt es sich im Allgemeinen, mehrere Tests zu verschiedenen Tageszeiten durchzuführen und verschiedene Server zu verwenden, die über die Geschwindigkeitstest-Website verfügbar sind. Es wird auch empfohlen, einen Geschwindigkeitstest über eine kabelgebundene Verbindung durchzuführen.
Bei der Datentransferdrosselung wird die Menge der über ein Netzwerk gesendeten oder empfangenen Daten absichtlich eingeschränkt, insbesondere um die Übertragung von Spam oder Massen-E-Mails über einen Server zu verhindern. Sie kann als eine weitere Form der Bandbreitendrosselung betrachtet werden. Wenn sie in ausreichendem Umfang eingesetzt wird, kann die Drosselung der Datenübertragung die Verbreitung von Computerviren, Würmern oder anderer Malware über das Internet kontrollieren.
Es gibt Tools zur Überwachung der Netzwerkbandbreite, die dabei helfen, Leistungsprobleme zu erkennen, zum Beispiel einen fehlerhaften Router oder einen mit Malware infizierten Computer, der an einem verteilten Denial-of-Service-Angriff (DoS) beteiligt ist. Wie bereits erwähnt, kann die Bandbreitenüberwachung Netzwerkadministratoren auch dabei helfen, das zukünftige Wachstum des Netzwerks besser zu planen, indem sie sehen, wo im Netzwerk die meiste Bandbreite benötigt wird. Mit Hilfe von Überwachungs-Tools können Administratoren auch feststellen, ob ihr ISP die vertraglich vereinbarten Service-Level-Vereinbarungen einhält (SLA).
