I/O-Raten - Wie? Wo? Was?

Datenübertragungsraten bei Architekturentscheidungen berücksichtigen

I/O-Raten - Wie? Wo? Was?
Fabian Klose - Januar 2019
Daten werden in unserer digitalisierten Welt kontinuierlich kopiert, verschoben und versendet. Die Leistungsfähigkeit für die Übertragung von Daten spielt somit eine entscheidende Rolle für die Benutzer- System- oder Anwendungsperformance.
Speziell IT-Architekten sollten die Datenübertragungsraten beim Konzipieren von Bebauungsplänen, Systemarchitekturen, Softwarearchitekturen oder Netzwerkarchitekturen in ihre Entwurfsentscheidungen einfließen lassen.
I/O-Raten - Wie? Wo? Was?
Abbildung: Übersicht an Übertragungstechniken und deren Datenübertragungsraten
 

Was heißt Datenübertragungsrate?

Die Datenübertragungsrate bezeichnet die digitale Datenmenge, die innerhalb einer Zeitspanne über einen Übertragungskanal übertragen wird (Datenübertragungsrate = Datenmenge/Zeit).
Die kleinste übertragbare Einheit in unserer digitale Welt ist ein Bit und als Zeitspanne wird üblicherweise eine Sekunde verwendet. Somit wird die Datenübertragungsrate meist in der Einheit Bits pro Sekunden (Bits/s) angegeben. Für die bessere Lesbarkeit bei hohen Übertragungsraten wird die Umrechnungen mit dem Faktor 1000 zu Kilo-, Mega- und Gigabits/s verwendet.

Bits und Bytes

Beim Umgang mit Datenübertragungsraten können einen die unterschiedlichen Einheiten und deren Benamung schnell zu falsche Interpretationen führen.
So werden Datenübertragungsraten im Netzwerkbereich in Bits/s und im Speicherbereich in Byte/s angegeben. Damit ergibt sich für eine 1 GBit/s Ethernet Netzwerkkarte umgerechnet ein Datendurchsatz von 125 MByte/s.
In diesem Zusammenhang sei auf die Einheitenkürzel verwiesen, welche schnell zu Verwechslungen führen können:
  • Bit = bit (selten "b")  
  • Byte = B (selten "byte")  

Theorie und Praxis

In der Praxis ist die Datenübertragungsrate meist deutlich kleiner als der theoretische Wert, da diese durch verschiedene Faktoren beeinflusst wird. So kann beispielsweise eine über SATA 3.2 angeschlossene moderne SSD nicht die theoretischen 1969 MB/s übertragen. In diesem Fall wird die Übertragungsrate unter anderem durch die Lese- und Schreibgeschwindigkeit der SSD begrenzt (ca. 500MB/s). Des Weiteren werden bei der Datenübertragungsrate eventuelle Steuerdaten mitgerechnet, so dass Datenübertragunsrate in der Praxis nur ein Teil der theoretischen Datenübertragungsrate darstellt.

Ein Lichtblick in die Zukunft

Wie in den meisten Bereichen der Technik steigt auch die Datenübertragungsrate in den letzten Jahren enorm an. Dieser Trend wird wohl auch weiterhin bestehen bleiben. Dabei werden in Zukunft neue Technologien entwickelt und genutzt werden müssen, da die meisten derzeit genutzten kabelgebundenen Standards auf Basis elektrischer Signale basiert und die physikalische Hindernisse mit steigender Datenübertragungsrate zunehmen. Aus diesem Grund kommen immer stärker Licht-basierte Übertragungstechniken zum Einsatz.

Weltrekord - Stand 29.01.2019

Der derzeitige Weltrekord in der Datenübertragung liegt derzeit bei 55 TerraBit/s (55.000.000 Mbit/s). Dabei setzten die Wissenschaftler aus der Schweiz und Deutschland eine neue Technologie ein, welche ebenfalls auf Licht basiert. Beeindruckend ist, dass diese hohe Datenübertragungsrate trotz eine Entfernung von 75 Kilometern erreicht werden konnte.

Datenübertragungen pro Technik in Zahlen

Folgende Tabelle zeigt die unterschiedlichen Übertragungsraten für entsprechende Techniken auf.

Standard Datenübertragungsrate in Mbit/s Datenübertragungsrate in MB/s
Z-Wave 0,1 0,0125
EnOcean 0,125 ~0,0156
DECT 0,128 0,016
ZigBee 0,25 ~0,0313
Bluetooth 2.0 3 0,375
Ethernet 10 1,25
USB 1.1 12 1,5
Fast Ethernet 100 12,5
LTE(3.9G) 300 37,5
USB 2.0 480 60
WLAN 802.11n 600 75
LTE(4G) 1.000 125
GigaBit Ethernet 1.000 125
SATA 1.0 1.200 150
SATA 2.0 2.400 300
SATA 3.0 4.800 600
USB 3.0 5.000 625
10 GigaBit Ethernet 10.000 1.250
Thunderbolt 1 10.000 1.250
USB 3.1 10.000 1.250
SATA 3.2 (SATA Express) 15.752 1.969
Thunderbolt 2 20.000 2.500
DDR-400 25.600 3.200
M.2 32.000 4.000
40 GigaBit Ethernet 40.000 5.000
Thunderbolt 3 40.000 5.000
DDR2-1066 68.000 8.500
100 GigaBit Ethernet 100.000 12.500
DDR3-2133 136.528 17.066
DDR4-3200 204.800 25.600

Tabelle: Übersicht an Übertragungstechniken und deren Datenübertragungsraten



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