Bandbreiten-Monitoring leicht gemacht mit PRTG

Die Bandbreite wurde ursprünglich in Bits pro Sekunde gemessen und als bps ausgedrückt. Heutige Netze haben jedoch in der Regel eine viel höhere Bandbreite, als sich mit solch kleinen Einheiten bequem ausdrücken lässt. Heute sind höhere Zahlen üblich, die mit metrischen Präfixen angegeben werden, z. B. Mbps (Megabit pro Sekunde), Gbps (Gigabit pro Sekunde) oder Tbps (Terabit pro Sekunde).

K = Kilo = 1,000 Bits

M = Mega = 1,000 Kilo = 1,000,000 Bits

G = Giga = 1,000 Mega = 1,000,000,000 Bits

T = Tera = 1,000 Giga = 1,000,000,000,000 Bits

Nach Terabit gibt es Petabit, Exabit, Zettabit und Yottabit, die jeweils eine weitere Potenz von 10 darstellen.

Die Bandbreite kann auch in Bytes pro Sekunde angegeben werden. Dies wird üblicherweise mit einem großen B angegeben. 10 Megabyte pro Sekunde werden z. B. als 10 MB/s oder 10 MBps ausgedrückt.

Ein Byte besteht aus acht Bits.

Somit sind 10 MB/s = 80 Mb/s.

Für Bytes können die gleichen metrischen Präfixe verwendet werden wie für Bits. 1 TB/s ist also ein Terabyte pro Sekunde.

In der Regel wird die Bandbreite mit Hilfe von Software oder Firmware und einem Netzwerk-Interface gemessen. Gängige Tools zur Bandbreitenmessung sind z.B.:

• Test TCP-Dienstprogramm (TTCP). Dieses Tool misst den Durchsatz in einem IP-Netzwerk zwischen zwei Hosts. Ein Host ist der Empfänger und der andere Host ist der Absender. Jede Seite zeigt die Anzahl der übertragenen Bytes und die Zeit an, die jedes Paket für die einfache Strecke benötigt.
• Paessler PRTG. Diese Software bietet eine grafische Oberfläche und Diagramme zur Messung von Bandbreitentrends über längere Zeiträume und kann den Datenverkehr zwischen verschiedenen Schnittstellen messen.

Um die Bandbreite zu messen, wird in der Regel der gesamte über einen bestimmten Zeitraum gesendete und empfangene Datenverkehr gezählt. Die daraus resultierenden Messungen werden dann als Zahl pro Sekunde ausgedrückt.

Eine andere Methode zur Messung der Bandbreite besteht darin, eine Datei oder mehrere Dateien bekannter Größe zu übertragen und dann zu zählen, wie lange die Übertragung dauert. Das Ergebnis wird in bps umgerechnet, indem die Größe der Dateien durch die für die Übertragung benötigte Zeit geteilt wird. Die meisten Internet-Geschwindigkeitstests verwenden diese Methode, um die Verbindungsgeschwindigkeit des Computers eines Nutzers mit dem Internet zu berechnen.

Während es keine Möglichkeit gibt, die gesamte verfügbare Bandbreite zu messen, gibt es viele Möglichkeiten, die gemessene Bandbreite zu definieren, je nach Bedarf.

Theoretisches Maximum

Die höchste Übertragungsrate unter idealen Bedingungen. Die theoretische maximale Übertragungsrate kann in tatsächlichen Installationen nicht erreicht werden und wird in der Regel nur zu Vergleichszwecken herangezogen, um beispielsweise festzustellen, wie gut eine Verbindung im Vergleich zu ihrem theoretischen Maximalpotenzial funktioniert.

Effektive Bandbreite

Die höchste zuverlässige Übertragungsrate. Sie ist immer niedriger als das theoretische Maximum und wird manchmal als die beste nutzbare Bandbreite angesehen. Die effektive Bandbreite ist notwendig, um den Umfang des Datenverkehrs zu verstehen, den eine Verbindung unterstützen kann.

Durchsatz (Throughput)

Die durchschnittliche Rate der erfolgreichen Datenübertragung. Sie ist nützlich, um die typische oder übliche Geschwindigkeit einer Verbindung zu verstehen. Der Durchsatz ist die Größe der übertragenen Daten geteilt durch die Zeit, die für die Übertragung benötigt wird. Gemessen in Bytes pro Sekunde, kann der Durchsatz mit der effektiven Bandbreite und dem theoretischen Maximum verglichen werden, um zu ermitteln, wie gut die Verbindung funktioniert.

Gute Leistung (Goodput)

Die Menge an Nutzdaten, die übertragen wird, abzüglich unerwünschter Daten wie Paketwiederholungen oder Protokoll-Overhead. Der Goodput wird berechnet, indem die Größe der übertragenen Daten durch die Zeit, die für die Übertragung benötigt wurde, geteilt wird.

Methode der Gesamtübertragung

Zählt den gesamten Datenverkehr über einen bestimmten Zeitraum, in der Regel einen Monat. Dies ist besonders nützlich für die Abrechnung nach der genutzten Bandbreite.

95 %-Perzentil-Methode

Um zu vermeiden, dass die Bandbreitenmessungen durch Nutzungsspitzen verzerrt werden, verwenden die Betreiber häufig die 95-Perzentil-Methode. Dabei wird die Bandbreitennutzung im Laufe der Zeit kontinuierlich gemessen, und die obersten 5 Prozent der Nutzung werden dann entfernt. Dies ist nützlich für die Abrechnung auf der Grundlage der üblichen Bandbreitennutzung in einem bestimmten Zeitraum.

In realen Netzwerken schwankt die Bandbreite je nach Nutzung und Netzwerkverbindungen im Laufe der Zeit. Daher sagt eine einzelne Bandbreitenmessung nur sehr wenig über die tatsächliche Bandbreitennutzung aus. Eine Reihe von Messungen kann bei der Ermittlung von Durchschnittswerten oder Trends hilfreicher sein.

Geschwindigkeit

Es gibt viele Möglichkeiten, über den Datenfluss in einem Netzwerk nachzudenken. Die Geschwindigkeit eines Netzwerkes ist definiert als die Bitrate der Schaltung, die durch die physikalische Signalgeschwindigkeit des Mediums bestimmt wird.

Bandbreite

Die Bandbreite gibt an, wie viel von der Kapazität des physischen Schaltkreises für die Datenübertragung genutzt werden kann, und wird dadurch bestimmt, wie viel von der Netzwerkkapazität je nach Verbindung verfügbar ist. Während eine Gigabit-Ethernet-Netzwerkverbindung 1 Gbit/s ermöglicht, beträgt die Bandbreite für einen Computer, der über eine Fast-Ethernet-Karte angeschlossen ist, nur 100 Mbit/s.

Durchsatz

Der Durchsatz ist die Rate der erfolgreichen Übertragung, während die Bandbreite eine Berechnung der Datenmenge ist, die die Netzwerkschnittstelle passiert, unabhängig davon, ob die Daten zu einer erfolgreichen Übertragung führen. Daher ist der Durchsatz immer niedriger als die Bandbreite.

Es gibt mehrere Gründe, die Bandbreite zu messen. Eine niedrige nutzbare Bandbreite im Vergleich zur theoretischen Maximalbandbreite kann ein Hinweis auf Netzwerkprobleme sein, insbesondere wenn die nutzbaren Bandbreiten in verschiedenen Teilen eines Netzwerkes, die für den gleichen Betrieb ausgelegt sind, sehr unterschiedlich sind.

Darüber hinaus ist eine Messung der Bandbreite erforderlich, um sicherzustellen, dass bezahlte Verbindungen auch wirklich das halten, was sie versprechen. Heimanwender können einen Online-Bandbreitentest wie den DSLReports-Speedtest durchführen. Bei Unternehmensanschlüssen ist es sinnvoller, den Durchsatz zwischen Büros zu messen, die über eine vom Betreiber gemietete Leitung verbunden sind.

Bandbreitenmanagement

Um ein angemessenes Bandbreitenmanagement oder QoS-Kontrollen zu implementieren, muss man zunächst wissen, welche Bandbreite genutzt wird. Sobald dies festgestellt ist, kann eine kontinuierliche Messung sicherstellen, dass alle Nutzer die erforderliche Bandbreite erhalten.

Drosselung der Bandbreite

Sobald Sie die Muster der Bandbreitennutzung kennen und wissen, ob bestimmte Benutzer oder Anwendungen die Netzwerkleistung für andere beeinträchtigen, können Sie Tools einsetzen, um die von ihnen genutzte Bandbreite zu begrenzen.

Maximale Bandbreiten

Für einige Verbindungstypen ist eine maximale Bandbreite festgelegt. Die tatsächliche Bandbreite hängt von vielen Faktoren wie Umgebung, Verkabelung und Nutzung ab und liegt in der Regel unter der theoretischen Höchstgrenze.

Bandbreite wird in den meisten Fällen von Telekommunikationsunternehmen gekauft. Die meisten Verbraucher-Bandbreiten werden als "bis zu" verkauft, was bedeutet, dass der Kunde bis zu 40 MB/s erhalten kann, aber nicht immer diese Geschwindigkeit bei der Nutzung der Verbindung hat.

Die Geschwindigkeiten können zu verschiedenen Tageszeiten oder unter verschiedenen Umständen höher oder niedriger sein. Auch die Bandbreite für Unternehmen wird in der Regel von Telekommunikationsunternehmen erworben. Viele Unternehmensvereinbarungen sind jedoch mit vertraglichen Leistungsvorgaben verbunden, die eingehalten werden müssen, z. B. eine Mindestbandbreite, eine Mindestbetriebszeit und andere Kriterien.

Darüber hinaus kann die Bandbreitenmessung genutzt werden, um eine bestimmte Nutzung und nicht die gesamte Verbindung in Rechnung zu stellen. So kann ein Website-Eigentümer den Website-Host beispielsweise nur für die Bandbreite bezahlen, die von der betreffenden Website über einen bestimmten Zeitraum, z. B. einen monatlichen Abrechnungszeitraum, genutzt wird.

Zu wenig Bandbreite

Obwohl moderne Protokolle ziemlich gut darin sind, keine Pakete zu verlieren, kann eine begrenzte Bandbreite immer noch einige Probleme verursachen:

• Vorgänge dauern zu lange, was zu Zeitüberschreitungen oder Prozessfehlern wie Anwendungs- oder Datenbankfehlern oder Fehlfunktionen bei der Datensicherung führt
• Nutzer können lange Verzögerungen zwischen dem Anklicken einer Schaltfläche und der Reaktion auf diese Aktion feststellen
• Bei Nutzern, die über ein Netzwerk, z. B. VoIP, telefonieren wollen, führt eine zu geringe Bandbreite zu einer schlechten Gesprächsqualität
• Videoanrufe, die ohne die erforderliche Bandbreite getätigt werden, führen nicht nur zu schlechter Tonqualität, sondern auch zu schlechter Qualität oder ruckelndem Video

Für Internetnutzer empfiehlt die Federal Communications Commission (FCC) der Vereinigten Staaten eine Mindestbandbreite von 4 Mbit/s für eine angemessene Leistung beim Streaming eines Videos in HD-Qualität. Viele Videoplayer können mit einer geringeren Bandbreite arbeiten, indem sie die Daten bereits vor der eigentlichen Anzeige herunterladen.

Auch Spieler sind oft frustriert über begrenzte Bandbreiten. Wenn sie online gegen andere Spieler spielen, sehen Spieler mit schnelleren Verbindungen schneller, was passiert, und die Daten über ihre Reaktionen werden schneller übertragen und empfangen. Die FCC empfiehlt eine Mindestdownloadgeschwindigkeit von 4 Mbit/s für Online-Multiplayer-Spiele in HD.

Zu viel Bandbreite

Es gibt wenige technische Probleme, die durch eine zu große Bandbreite verursacht werden. Bandbreiten mit höherer Kapazität kosten jedoch in der Regel mehr. Eine zu große Bandbreite ist daher möglicherweise nicht kosteneffizient.

Latenzzeit

Auch das Netzwerkdesign und die Infrastruktur können zu Bandbreitenproblemen führen. Die Latenz misst die Verzögerungen in einem Netzwerk, die zu einem geringeren Durchsatz oder Goodput führen können. Ein Netzwerk mit geringer Latenz hat kurze Verzögerungen, während ein Netzwerk mit hoher Latenz längere Verzögerungen aufweist. Eine hohe Latenz verhindert, dass Daten die Möglichkeiten des Netzwerkes voll ausschöpfen können, wodurch die Bandbreite sinkt.

Das Auffinden und Beheben von Bandbreitenproblemen hilft, die Netzwerkleistung ohne kostspielige Upgrades zu verbessern.

Ping und Traceroute

Tools wie Ping und Traceroute können bei der Fehlersuche helfen.

• Wenn Sie beispielsweise einen Testserver anpingen, erhalten Sie Informationen darüber, wie schnell Daten gesendet und empfangen werden, sowie über die durchschnittlichen Umlaufzeiten. Hohe Ping-Zeiten deuten auf höhere Latenzzeiten im Netzwerk hin.
• Mit Hilfe eines Traceroute-Tools kann festgestellt werden, ob es zu viele einzelne Netzwerkverbindungen (Hops) entlang des Verbindungspfads gibt. Außerdem gibt Traceroute die Zeit an, die für jeden Hop benötigt wird. Eine längere Zeit für einen einzelnen Hop kann auf die Ursache des Problems hinweisen.

TTCP

TTCP misst die Zeit, die Daten benötigen, um von einer Netzwerkschnittstelle zu einer anderen mit einem Empfänger am anderen Ende zu gelangen. Dadurch wird der Hin- und Rückweg aus der Berechnung eliminiert, was dazu beitragen kann, Probleme schnell zu lokalisieren. Wenn die gemessene Bandbreite geringer ist als erwartet, können weitere Messungen das Problem eingrenzen.

Software für das Bandbreiten-Monitoring

Das Bandbreiten-Monitoring-Tool PRTG kann auch bei der Behebung von Bandbreitenproblemen helfen, die nicht auf das Design zurückzuführen sind. Durch die Messung der Bandbreitennutzung im Laufe der Zeit können Sie beispielsweise feststellen, ob bestimmte Benutzer oder Anwendungen manchmal größere Mengen an Bandbreite nutzen und Netzwerküberlastungen verursachen.

In PRTG sind "Sensoren" die grundlegenden Monitoring-Elemente. Ein Sensor überwacht in der Regel einen Messwert in Ihrem Netzwerk, z.B. den Traffic eines Switchports, die CPU-Last eines Servers oder den freien Speicherplatz auf einer Festplatte.

Im Durchschnitt benötigen Sie etwa 5-10 Sensoren pro Gerät oder einen Sensor pro Switch-Port.