Tarifwechsel in der WG
AFB I–IIIn einer Wohngemeinschaft in Bremen läuft das Internet über einen DSL-Anschluss mit einer Bandbreite von 50 Mbit/s. Ein Anbieter wirbt mit einem Glasfaseranschluss mit 250 Mbit/s.
Mitbewohner Jonas ist begeistert: Das nächste Update seines Spiels ist 60 GB groß, und außerdem hofft er, dass sein Ping zum Spieleserver in Frankfurt dann von derzeit 18 ms „auf fast null“ fällt. Rechnen Sie mit 1 GB = 8 000 Mbit und nehmen Sie an, dass die volle Bandbreite genutzt wird.
- Bestimmen Sie die Downloadzeit des Updates für beide Anschlüsse.
- Erläutern Sie, warum sich Jonas’ Hoffnung auf einen Ping „fast null“ nicht erfüllen wird.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Datenmenge: \(60 \cdot 8\,000\text{ Mbit} = 480\,000\text{ Mbit}\).
DSL: \(480\,000\text{ Mbit} : 50\,\tfrac{\text{Mbit}}{\text{s}} = 9\,600\text{ s} = 2\text{ h }40\text{ min}\).
Glasfaser: \(480\,000\text{ Mbit} : 250\,\tfrac{\text{Mbit}}{\text{s}} = 1\,920\text{ s} = 32\text{ min}\).
Der Download ist mit Glasfaser fünfmal so schnell.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Der Ping misst die Latenz, also die Zeit, die ein einzelnes Paket bis zum Server und zurück braucht. Sie hängt von der Länge des Weges und von der Zahl der Zwischenstationen (Hops) ab, in denen das Paket jeweils verarbeitet wird. Selbst in Glasfaser ist das Signal nur rund 200 000 km/s schnell.
Die Bandbreite gibt dagegen an, wie viele Daten pro Sekunde durch die Leitung passen. Sie verkürzt große Downloads, aber nicht den Weg von Bremen nach Frankfurt: Eine breitere Straße ist nicht kürzer. Der Ping wird sich deshalb allenfalls um wenige Millisekunden auf dem ersten Stück bis zum Provider verändern, aber nie „fast null“ werden.
Ein Ping nach Tokio
AFB II–IIIEin Spielestudio aus Frankfurt will sein neues Online-Reaktionsspiel auch in Japan anbieten. Weil ein zweiter Standort teuer wäre, schlägt die Geschäftsführung vor: „Wir lassen alles auf unserem Server in Frankfurt laufen und buchen einfach die schnellste Leitung, die es gibt — 10 Gbit/s.“
Eine Mitarbeiterin in Bremen prüft vorab mit dem Programm traceroute, welchen Weg ein Paket zu einem Testserver in Tokio nimmt. Das Programm listet jeden Hop mit der gemessenen Zeit für Hin- und Rückweg auf (siehe Abbildung).
Weitere Angaben: In Glasfaser legt ein Signal rund 200 000 km pro Sekunde zurück. Die Luftlinie Frankfurt–Singapur beträgt etwa 10 300 km, die Luftlinie Frankfurt–Tokio etwa 9 300 km. Bei Reaktionsspielen gelten Latenzen ab etwa 100 ms als deutlich störend.
- Beschreiben Sie mithilfe der Fachbegriffe aus dem Kapitel, welche Arten von Stationen das Paket auf dem Weg nach Tokio durchläuft.
- Schätzen Sie aus den Messwerten von Hop 5 und Hop 6 ab, wie lang die Glasfaserstrecke zwischen Frankfurt und Singapur ungefähr ist, und vergleichen Sie mit der Luftlinie.
- Beurteilen Sie den Vorschlag der Geschäftsführung.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Das Paket verlässt die Wohnung über den Heimrouter (Hop 1), der das Wohnungsnetz mit dem Netz des Providers verbindet. Im Netz des Providers durchläuft es mehrere Router in Bremen und Hannover (Hops 2–3). In Frankfurt erreicht es den Internetknoten DE-CIX (Hop 4), an dem sich viele Provider zusammenschalten. Von dort übernimmt das Backbone mit Fernleitungen, hier vermutlich Seekabeln, die lange Strecke über Singapur nach Tokio (Hops 5–7). Zuletzt erreicht das Paket den Zielserver (Hop 8).
Jede Station kennt nur ihre Nachbarn und entscheidet jeweils nur über den nächsten Hop.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Differenz: \(168\text{ ms} - 17\text{ ms} = 151\text{ ms}\) für Hin- und Rückweg, also etwa \(75\text{ ms} = 0{,}075\text{ s}\) für eine Richtung.
\(s \approx 200\,000\,\tfrac{\text{km}}{\text{s}} \cdot 0{,}075\text{ s} \approx 15\,000\text{ km}\).
Die Kabelstrecke ist also rund 15 000 km lang und damit etwa um die Hälfte länger als die Luftlinie von 10 300 km. Das ist plausibel: Seekabel folgen Küsten und Meerengen und machen Umwege. Da in der gemessenen Zeit auch die Rechenzeit der Router steckt, ist der Wert eher eine obere Grenze.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Gegen den Vorschlag: Die schnellere Leitung erhöht nur die Bandbreite. Die Latenz bleibt, denn sie hängt an der Entfernung. Schon auf der Luftlinie wäre das physikalische Minimum \(2 \cdot 9\,300\text{ km} : 200\,000\,\tfrac{\text{km}}{\text{s}} \approx 93\text{ ms}\); gemessen wurden real 238 ms. Das liegt weit über der Grenze von etwa 100 ms, ab der Reaktionsspiele störend verzögert wirken. Japanische Spieler wären also dauerhaft benachteiligt.
Für den Vorschlag spricht allein der geringere Aufwand und die niedrigeren Kosten eines einzigen Standorts; für Spiele ohne Zeitdruck könnte das ausreichen.
Urteil: Für ein Reaktionsspiel ist der Vorschlag ungeeignet. Sinnvoll ist ein Server in Japan oder zumindest in Ostasien, also nahe bei den Spielern — dasselbe Prinzip, nach dem ein CDN Kopien von Inhalten in der Nähe der Nutzer bereithält. Vollständig ist die Antwort, wenn der Unterschied zwischen Bandbreite und Latenz genutzt, die Latenz mit Zahlen belegt und ein begründetes Urteil mit Alternative formuliert wird.