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Kbps Begriffserklärung und Definition

kbpsKbps ist die Kurzform für Kilobytes pro Sekunde. Es handelt sich hierbei um die Benennung von Datenübertragungsraten. Der Begriff der Datenübertragungsrate wird auch synonym zu den Begriffen Datenrate, Übertragungsgeschwindigkeit im Umgangssprachlichen oder Datentransferrate genutzt. Daneben existieren die Begriffe Kapazität oder Bandbreite, die für die Datenübertragungsrate verwendet werden, jedoch nicht ganz zutreffend sind.

Bezeichnet wird mit Kbps die Datenmenge, welche digital innerhalb von einer bestimmten Zeiteinheit durch einen bestimmten Übertragungskanal übermittelt wird. Als Kanalkapazität wird die Datenübertragungsrate bezeichnet, die maximal aber fehlerfrei über einen einzelnen Kanal übermittelt werden kann. Die Kbps sind also ein Indiz für die Leistungsfähigkeit von einem Kanal.

Daneben spielt die Latenzzeit eine wesentliche Rolle, wenn es um die Beurteilung der Leitungsfähigkeit von einem Kanal geht. Als Latenzzeit wird die Zeit der Antwortverzögerung bezeichnet. Ein solcher Kanal kann zum Beispiel die Verbindung innerhalb eines Rechnernetzes sein. Aber auch die Verbindungen zu den Internetdienstleistern oder die Schnittstellen zu Datenspeichern können solche Kanäle sein.

Die Maße der Datenübertragungsraten

Wenn die Datenübertragungsrate gemessen werden soll, kann dies durch das Zählen der Dateneinheiten geschehen. Dieses Zählen geschieht immer innerhalb einer Zeiteinheit. Gemessen wird der Durchsatz von den Daten. Das Bit ist hier die kleinste Einheit. Daher wird das Bit in diesem Kontext häufig als Bitrate bezeichnet. Die Bitrate wird mit der Zeiteinheit, hier einer Sekunde in Relation gesetzt. Angegeben werden die Ergebnisse dieser Messungen in bit/s, auf Englisch in bps.

Werden Vielfache von dieser Einheit gemessen, können Einheitenvorsätze genutzt werden, um die Angaben der Bitraten zu vereinfachen. Wird beispielsweise 1 Kbps angegeben, so handelt es sich um 1000 bit/s. Hier werden SI-konforme dezimale Bedeutungen verwendet, um die Einheitenvorsätze der Datenübertragungsraten anzugeben.

Über das Gigabit Ethernet werden bei 125 MBaud über das 5-Pam-Modulationsverfahren von jeweils 2 bit pro angegebenem Symbol und pro Adernpaar über die vier Adernpaare übertragen. Das ergibt eine Summe von 1.000.000.000 bit/s. Genauso ist dies bei der Übertragung von Audiosignalen der Fall. Wird durch eine Audio-CD mit zwei Kanälen eine Abtastrate von 44,1 kHz erzielt, die jeweils 16 bit übertragen. So werden 1.411.200 bit/s übertragen.

Gerade in der jüngeren Zeit kommt es vereinzelt zu der Verwendung von Einheitenvorsätzen, die eine hybride, binäre oder dezimale Bedeutung haben. So wurde früher bei einem ADSL-Anschluss die Angabe von 768 kbit/s gemacht. Bezeichnet wurde hiermit die Übertragungsrate von 768.000 bit/s. Heute wird häufig die Bezeichnung von 6 Mbit/s bei den ADSL-Anschlüssen verwendet. Jedoch existiert daneben die Bezeichnung 6.144.000 bit/s.

Werden parallele Datenübertragungskanäle eingesetzt, kommt es häufig zu einer Benennung von Byte pro Sekunde also Byte/s oder auch kurz B/s. Auf Englisch werden die Byte pro Sekunde mit Bps angegeben. Diese Angaben werden vor allen Dingen dann gemacht, wenn ein Zugriff auf Datenspeicher besteht, die Daten über einen sog. Datenbus übertragen werden. Mit der Angabe Byte/s wird in der Regel das Vielfache von 8 Bit pro Sekunde bezeichnet. Daher muss darauf geachtet werden, ob die Übertragungsraten mit 1 MB/s angegeben werden oder mit 1 Mbit/s.

Die Angabe 1 MB/s entspricht der achtfachen Geschwindigkeit der Angabe 1 Mbit/s. Mit der Angabe Baud hingegen wird die Schrittgeschwindigkeit oder auch die Symbolrate, also die Baudrate bezeichnet. Die Angabe der Baudrate ist in diesem Kontext daher falsch.

Zusammenhang zwischen Datenübertragungsraten, Bandbreite und Schrittgeschwindigkeit

Zwischen der maximalen Datenübertragungsrate, also der Kanalkapazität und der Bandbreite gibt es einen fixen Zusammenhang. Dieser Zusammenhang wird auch das Shannon-Hartley-Gesetz genannt. In der Nachrichtentechnik wird dieses Gesetz auch manchmal als Nachrichtenquader bezeichnet.

Hat ein Übertragungskanal die Bandbreite B und verfügt über einen Störabstand SNR mit einem additiven weißen Rauschen, so gibt es für die fehlerfreie und maximal erreichbare Datenübertragungsrate C folgenden physikalischen Zusammenhang: C=B*log2 (1+SNR). Das Wesentliche hierbei ist jedoch, dass dieser Gesetzmäßigkeit nur dann gefolgt werden kann, wenn das weiße Rauschen über normal verteilte Amplituden verfügt.

Bei dem weißen Rauschen handelt es sich um Störgeräusche. Diese Störgeräusche werden als weißes Rauschen bezeichnet. Es handelt sich hierbei um das additive weiße gaußsche Rauschen. Im Englischen wird dies Additive White Gaussian Noirs oder kurz als AWGN genannt. Daher handelt es sich bei sogenannten AWGN-Kanälen um Kanäle zur Übertragung von Daten, die nur über solche Störgeräusche verfügen. Die weitere Bedingung ist jedoch, dass sie mit der o.g. Gleichung charakterisiert werden können. Ist das Rauschsignal bei einem Kanal mit einem Störsignal anders verteilt, so gilt dieser Kontext nicht mehr. Es kann zum Einsatz von digitalen Modulationsverfahren kommen, insofern dies durch den Störabstand SNR erlaubt wird.

Bei diesen Modulationsverfahren kann es dazu kommen, dass auch mehr als zwei verschiedene Zustände je Symbol vorhanden sein können. Das ist beispielsweise bei QPSK oder QAM der Fall. Hier ergibt sich die Übertragungsgeschwindigkeit als ein Produkt. Dieses Produkt setzt sich aus der Schrittgeschwindigkeit und auch aus der Anzahl der hier möglichen Zustände zusammen. Hier fließen also die Bits pro Schnitt mit ein. In der Regel können digitale Signale zwei verschiedene Zustände einnehmen. Diese verschiedenen Zustände werden mit der Null oder mit der Eins bezeichnet.

Hierbei handelt es sich um das binäre System. Können drei Zustände eingenommen werden, so wird dies mit ternär bezeichnet. Wenn drei Zustände erreichbar sind, dann beträgt die Bandbreite, die benötigt wird, nur noch 63%. Voraussetzung ist jedoch, dass die Bitrate gleichbleibend ist und eine binäre Übertragung stattfindet. Dies wird auch als die Nyquist-Bandbreite im Shannon-Hartley-Gesetz bezeichnet. Der Störabstand und die Bandbreite ergänzen sich gegenseitig. Daher wird das Verhalten von Störabstand und Bandbreite als komplementär bezeichnet.

Soll eine vorgegebene Datenübertragungsrate erzielt werden, so kann diese innerhalb eines Übertragungskanals mit einem relativ großen Störabstand und einer geringen Bandbreite genauso erzielt werden wie in einem Übertragungskanal, der einen geringeren Störabstand aufweist, jedoch über eine größere Bandbreite verfügt.

Die unterschiedlichen Übertragungsraten bei den verschiedenen Internetanschlüssen

Bei einem Internetzugang über ein Modem können maximale Übertragungsraten von 56 kbit/s erreicht werden. Über einen ISDN-Anschluss werden bei der Nutzung von einem B-Kanal 64 kbit/s erreicht. Werden beide B-Kanäle genutzt, so können 128 kbit/s erzielt werden. Bis zu 2 Mbit/s können bei einem Primärmultiplexanschluss erreicht werden. Das ADSL beginnt mit 364 kbit/s in der Downstreamgeschwindigkeit und bei 64 kbit/s beim Upstream. Diese Übertragungsraten werden auch als DSL „light“ bezeichnet.

Beim ADSL2+ werden Übertragungsgeschwindigkeiten von 25 Mbit/s beim Downstream erreicht und bis zu 3,5 Mbit/s beim Upstream. Beim ADSL und ADSL2+ handelt es sich um theoretische Übertragungsraten, die in der Praxis nicht zwangsläufig erzielt werden müssen. Durch das VDSL können zwischen 25 Mbit/s und 52 Mbit/s erreicht werden. Vereinzelt werden Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s erreicht. Diese Angabe bezieht sich auf die Geschwindigkeit beim Downstream. Beim Upstream werden Übertragungsraten zwischen 5 Mbit/s und 20 Mbit/s erreicht.

Beim DOCSIS handelt es sich um einen TV-Kabel-Anschluss. Dieser erreicht Geschwindigkeiten von mehr als 1,6 Gbit/s im Downstream. Upstreamgeschwindigkeiten werden hier, weil nicht benötigt, nicht angegeben. Bei den Glasfaserleitungen handelt es sich um die Leitungen, die derzeit die höchsten Übertragungsraten erzielen können. Die Glasfaserleitungen werden im englischen Sprachraum als Fibre to the Home bezeichnet. Sie erreichen eine Downstreamgeschwindigkeit von mehr als 1 Gbit/s.

Derzeit ist die Abdeckung über Glasfaserleitungen noch nicht flächendeckend möglich, sodass noch nicht alle Nutzer diese maximalen Übertragungsraten im Internet nutzen können.



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