Bandbreite & Durchsatz

Entstehung und Beteiligte

Die Grundlagen zur Übertragungskapazität stammen aus mehreren Arbeiten. Harry Nyquist untersuchte 1928 die maximale Symbolrate bandbegrenzter Kanäle. Claude Shannon formulierte 1948 die Informationstheorie und die theoretische Kanalkapazität bei Rauschen.

Welches Problem sollte gelöst werden?

Ingenieure benötigten eine mathematische Antwort darauf, wie viele Informationen ein Kanal zuverlässig übertragen kann. Reine Taktfrequenz genügt nicht, weil Bandbreite, Signalstufen, Rauschen und Fehlerkorrektur zusammenwirken.

Technische Hürden und Lösungen

Theoretische Kapazität und realer Durchsatz unterscheiden sich durch Protokolloverhead, Latenz, Paketverlust, geteilte Medien und Endgeräte. Messungen müssen Richtung, Zeitraum, Paketgröße und parallele Datenströme berücksichtigen. Ein hoher Linkwert garantiert keine hohe Anwendungsleistung.

Standardisierung und Einordnung

Netzwerktechnik entsteht selten als Einzelerfindung. Forschungseinrichtungen, Hersteller und Standardisierungsgremien erproben Verfahren, dokumentieren sie in RFCs oder IEEE-Normen und verbessern sie über viele Jahre. Entscheidend ist deshalb die Unterscheidung zwischen erster Idee, erster praktischer Implementierung und späterem Standard. Moderne Netze tragen häufig mehrere historische Schichten gleichzeitig: Ethernet auf der lokalen Verbindung, IP für die Adressierung und TCP oder UDP für den Transport.

Technik im praktischen Betrieb

Im praktischen Betrieb müssen Adressierung, Namensauflösung, Weiterleitung und lokale Übertragung als zusammenhängende Kette betrachtet werden. Ein Fehler zeigt sich häufig an einer anderen Stelle als seiner Ursache: Eine falsche Subnetzmaske wirkt wie ein Routingproblem, ein fehlender ARP-Eintrag wie eine unterbrochene Leitung und ein DNS-Fehler wie ein ausgefallener Server. Aussagekräftige Diagnose beginnt deshalb unten bei Link und Adresse, prüft anschließend Weg und Transport und erst danach die Anwendung. Paketmitschnitte, Tabellenstände und genaue Zeitpunkte sind verlässlicher als Vermutungen aus einer einzelnen Fehlermeldung.

Warum das Thema heute noch relevant ist

Die historischen Entscheidungen wirken bis heute, weil grundlegende Netzprotokolle extrem langlebig sind. Neue Verfahren müssen mit Milliarden vorhandener Geräte, Anwendungen und Konfigurationen zusammenarbeiten. Deshalb bleiben Felder, Begriffe und Grenzen erhalten, die aus einer Zeit mit wenigen Forschungsnetzen stammen. Wer die damalige Problemstellung kennt, versteht besser, warum manche Lösungen bewusst einfach, zustandslos oder fehlertolerant entworfen wurden und weshalb spätere Erweiterungen nicht jede Altlast beseitigen konnten.

Daten und Meilensteine

• Nyquist beschreibt Grenzen ohne Rauschen, Shannon bezieht Rauschen ein.
• Bit pro Sekunde ist nicht dasselbe wie Byte pro Sekunde.
• Gigabit-Ethernet liefert wegen Overhead weniger als 1 Gbit/s Nutzdaten.
• Bandbreite, Latenz und Paketverlust beeinflussen Anwendungen auf unterschiedliche Weise.

Bandbreite und Durchsatz

Bandbreite (Bandwidth) ist die theoretisch maximale Übertragungskapazität einer Netzwerkverbindung, gemessen in Bit/s (bps, Kbps, Mbps, Gbps). Eine 1-Gbit/s-Leitung kann maximal 1 Milliarde Bits pro Sekunde übertragen.

Durchsatz (Throughput) ist die tatsächlich nutzbare Kapazität unter realen Bedingungen. Faktoren wie Protokoll-Overhead, Fehlerwiederholungen, Netzwerklast, Geräteleistung und Entfernung reduzieren den Durchsatz typisch auf 60–90% der Bandbreite.

Latenz, Jitter und Paketverlust

• Latenz: Zeitverzögerung für ein Paket vom Sender zum Empfänger (Round-Trip-Time, RTT). Entscheidend für VoIP, Gaming, Video-Calls. Gemessen mit ping.
• Jitter: Schwankung der Latenz zwischen einzelnen Paketen. Kritisch für Echtzeitanwendungen – konstante Latenz ist wichtiger als geringe Latenz.
• Paketverlust: Prozentsatz verlorener Pakete. TCP retransmittiert, UDP verliert den Frame. >1% Verlust ist spürbar bei Videokonferenzen.
• Goodput: Der Teil des Durchsatzes, der tatsächlich nützliche Nutzdaten transportiert (ohne Overhead, Retransmissions).

QoS – Quality of Service

QoS-Mechanismen priorisieren bestimmten Traffic, wenn die Bandbreite knapp wird. VoIP-Pakete werden vor FTP-Downloads bevorzugt, damit Gespräche klar bleiben.

Gängige QoS-Mechanismen: DSCP-Markierung (Differentiated Services Code Point) in IP-Paketen, 802.1p (VLAN Priority Bits), Traffic Shaping und Policing. Ohne QoS kämpft jede Applikation gleichwertig um Bandbreite – Best Effort.