Was ist Netzwerk-Jitter – die besten Tools, um ihn zu messen und zu verhindern?

Netzwerkprobleme: Jitter verstehen und beheben

Netzwerke können unter verschiedenen Problemen leiden, die die Datenübertragung beeinträchtigen. Zu den wichtigsten gehören Verzögerung oder Latenz – zwei verwandte Konzepte, die oft synonym verwendet werden – Paketverlust und Jitter.

Während die Auswirkungen von Verzögerung oder Latenz auf die Netzwerkkommunikation recht offensichtlich sind und auch die Ursachen für Paketverluste leicht zu verstehen sind, ist Jitter ein komplexeres Konzept. Genau dieses Thema werden wir heute jedoch behandeln. Obwohl wir Sie nicht zu Jitter-Experten machen wollen, hoffen wir, Ihnen genügend Informationen zu geben, damit Sie besser verstehen, was Jitter ist, wie es sich auf Ihr Netzwerk auswirken kann und was getan werden kann, um es zu verhindern oder zu reduzieren.

Wir beginnen unsere Diskussion mit einigen grundlegenden Informationen über Jitter. Wir werden unser Bestes tun, um zu erklären, was es ist und wie es entsteht. Anschließend werden wir die negativen Auswirkungen von übermäßigem Jitter und die akzeptablen Grenzen besprechen. Danach betrachten wir den Sonderfall von VoIP-Verkehr, da dieser eine der am stärksten von Jitter betroffenen Netzwerkdienste ist. Abschließend gehen wir auf die Messung und Überwachung von Jitter ein und geben einen kurzen Überblick über einige der besten verfügbaren Tools. Im Anschluss daran beschäftigen wir uns mit der Vorbeugung und Reduzierung von Jitter, wobei wir feststellen werden, dass Jitter-Puffer und QoS-Paketpriorisierung zwei der besten Optionen sind.

Grundlegende Netzwerkbegriffe

Um sicherzustellen, dass wir alle auf dem gleichen Stand sind, definieren wir zunächst einige wichtige Begriffe. Nicht die Begriffe selbst sind wichtig, sondern unser Bewusstsein für ihre Unterschiede und Gemeinsamkeiten. Dies sind die vier Hauptprobleme von Netzwerken, die wir zuvor aufgezählt haben.

Paketverlust ist einfach das Versagen eines oder mehrerer Pakete, ihr Ziel zu erreichen. Er ist relativ häufig, seine Auswirkungen werden jedoch durch die eingebaute Fehlerkorrektur vieler Netzwerkprotokolle gemildert.

Verzögerung ist die Zeit, die Daten benötigen, um von einem Punkt zum anderen zu gelangen. Sie hängt von der Entfernung zwischen Quelle und Ziel und der Geschwindigkeit der Datenübertragung ab.

Latenz ist eine zusätzliche Verzögerung, die der Datenübertragung aus verschiedenen Gründen hinzugefügt wird.

Beachten Sie, dass Verzögerung und Latenz oft synonym verwendet werden, da sie sich beide auf die Zeit beziehen, die Daten benötigen, um von der Quelle zum Ziel zu gelangen. Manche Leute betrachten sie sogar als zwei Namen für dasselbe Konzept.

Jitter hingegen bezeichnet die Schwankung der Latenz in einem Netzwerk. Gehen wir tiefer in das Thema ein…

Was ist Jitter?

Jitter ist der Begriff für die Varianz in der Verzögerung, die auftritt, wenn Datenpakete durch ein Netzwerk übertragen werden. Es handelt sich um die sich ändernde Verzögerungsrate über das Netzwerk. Betrachten wir ein Beispiel, um Jitter zu veranschaulichen: Stellen Sie sich vor, zwei Computer kommunizieren im selben Netzwerk miteinander und tauschen kontinuierlich Datenpakete aus. Ohne Jitter würde jedes Paket die gleiche Zeit benötigen, um das Netzwerk zu durchqueren, sagen wir 10 ms.

In einem von Jitter betroffenen Netzwerk würde die Laufzeit jedes Pakets variieren. Ein Paket würde in 10 ms ankommen, das nächste in 50 ms und das dritte in 15 ms. In diesem speziellen Fall könnte das dritte Paket sogar vor dem zweiten ankommen. Jitter wird in Millisekunden (ms) gemessen und gibt die Differenz zwischen der schnellsten und der langsamsten Übertragungszeit an. In unserem Beispiel beträgt der Jitter 40 ms. In vielen Situationen wäre dies kein Problem, da der Empfänger in der Lage wäre, die Pakete neu anzuordnen und zu interpretieren.

Einige Protokolle gehen jedoch nicht gut mit Jitter um. Dies gilt insbesondere für Echtzeitprotokolle wie Videostreaming oder Voice over IP (VoIP), die Technologie hinter vielen modernen Geschäftstelefonsystemen.

Die negativen Auswirkungen von Jitter

Die Auswirkungen von Jitter variieren je nach Dienst. Bei Dateiübertragungen beispielsweise ist eine integrierte Zuverlässigkeit vorhanden, sodass Pakete entweder korrekt angeordnet werden oder eine erneute Übertragung angefordert wird, wenn etwas durcheinander geraten oder fehlt. Andere Dienste wie VoIP-Telefonie und Video-Streaming sind jedoch deutlich stärker betroffen. Die Auswirkungen von Jitter sind am größten – oder zumindest am offensichtlichsten – bei Echtzeitdiensten für Nutzer, wie der IP-Telefonie.

Das Ziel von Voice over IP ist es, eine Gesprächsqualität zu erreichen, die mindestens so gut ist wie bei der herkömmlichen Telefonie. Sie erwarten, dass alles, was Sie sagen, für die andere Partei klar verständlich ist und umgekehrt. Dies bedeutet, dass die eingehenden Audiopakete in der richtigen Reihenfolge eintreffen müssen, damit die Sprache verständlich bleibt. Alles andere als eine Echtzeit-Signalübertragung führt zu abgehackten Gesprächen. Tatsächlich sind Sprünge in der Audioqualität und wackelnde Audiosignale oft die ersten Anzeichen dafür, dass in Ihrem Netzwerk übermäßiger Jitter auftritt.

Wie viel Jitter ist zu viel?

Jitter ist für Netzwerke so unvermeidlich wie Steuern für uns. Es ist wichtig, dass er sich in akzeptablen Grenzen bewegt, um keine Probleme zu verursachen. Ein geringes Maß an Jitter hat selbst auf die empfindlichsten Echtzeit-Datenströme keine nennenswerten Auswirkungen. Cisco, ein führender Hersteller von Netzwerkgeräten, empfiehlt folgende akzeptable Jitter-Werte:

Jitter: <30 ms
Paketverlust: <1%
Gesamtnetzwerklatenz: <150 ms

Für eine optimale Leistung sollten Sie versuchen, den Jitter unter 20 ms zu halten. Alles über 30 ms beeinträchtigt die Qualität von VoIP-Echtzeitgesprächen spürbar. Wenn der Wert deutlich über 30 ms liegt, werden wahrscheinlich Verzerrungen auftreten, die die Verständlichkeit für die andere Person erschweren. Wenn Sie diese drei wichtigen Leistungskennzahlen unter den jeweiligen Schwellenwerten halten, können Sie sicherstellen, dass bei wichtigen Diensten in Ihrem Netzwerk keine gravierenden Leistungsprobleme auftreten.

Der Sonderfall von Voice over IP

VoIP-Telefonie ist wahrscheinlich der Dienst, der am stärksten von Jitter betroffen ist. Zwar sind Video- oder Audio-Streaming ähnlich stark betroffen, aber die relative Bedeutung dieser Arten von Diensten ist nicht so hoch. Dies hat mit der Art und Weise zu tun, wie VoIP-Datenübertragungen stattfinden. Wenn Sie in ein IP-Telefon sprechen, wird Ihre Stimme in Daten umgewandelt, die über das Netzwerk übertragen werden. Die Sprachdaten werden in viele verschiedene Pakete zerlegt und dann an den Anrufer am anderen Ende übertragen.

Während der Übertragung konkurrieren diese Sprachdaten mit dem gesamten anderen Datenverkehr im Netzwerk. Insbesondere in Situationen, in denen Netzwerkkapazitäten überlastet sind, kann es zu Paketverzögerungen kommen. Diese Verzögerung ist möglicherweise nicht spürbar, wenn eine Datei übertragen wird, da die Übertragung nur einige Sekunden länger dauern kann. Wenn Sprachdaten jedoch Verzögerungen und Jitter erfahren, können Pakete außer der Reihenfolge geraten, was zu einer erheblichen Verzerrung des Sprachsignals führt.

Überwachungstools für Jitter

Netzwerküberwachungstools sind eine der besten Möglichkeiten, um das Auftreten von Jitter im Auge zu behalten. Ein gutes Überwachungstool kann Ihnen mitteilen, wann das Netzwerk unter Jitter leidet oder kurz davor ist. Es kann Ihnen auch zeigen, wann Sie Ihre aktuellen Bandbreitenlimits überschreiten.

Es ist offensichtlich, wie wichtig die Überwachung von Jitter ist. Dies ist der beste Weg, um sicherzustellen, dass Sie sofort reagieren können, wenn ein Problem auftritt. Oftmals können Sie sogar eingreifen, bevor der Jitter so hoch ist, dass er eine Beeinträchtigung des Dienstes verursacht. Ihr Überwachungstool kann Ihnen auch einen Kontext zu Leistungsproblemen liefern, um eine fundierte Fehlerbehebung zu ermöglichen. Die Möglichkeit, auftretende Netzwerk-Jitter zu erkennen, macht Ihre Bemühungen zur Behebung und Vermeidung von Jitter effektiver.

Empfohlene Tools zur Messung von Jitter

Nachdem wir Sie von der Nützlichkeit der Jitter-Überwachung überzeugt haben, werfen wir einen Blick auf einige der besten Tools. Keines dieser Tools ist ausschließlich auf die Jitter-Messung ausgerichtet, aber alle können diese Aufgabe erfüllen. Diese Tools haben unterschiedliche Zwecke. Welches für Ihre Bedürfnisse am besten geeignet ist, hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab. Hier sind einige der bekanntesten Tools:

1. SolarWinds VoIP und Network Quality Manager (Kostenlose Testversion)

SolarWinds entwickelt seit über 20 Jahren einige der besten Netzwerkverwaltungstools. Das Flaggschiffprodukt, der Network Performance Monitor, gehört durchgängig zu den besten SNMP-Netzwerküberwachungstools. Das Unternehmen ist auch für seine kostenlosen Tools bekannt, die speziell auf die Bedürfnisse von Netzwerkadministratoren zugeschnitten sind, wie z. B. der TFTP-Server oder der Advanced Subnet Calculator.

Der SolarWinds VoIP und Network Quality Manager ist ein dediziertes VoIP-Überwachungstool mit vielen Funktionen. Dieses Tool kann zur Überwachung von VoIP-Anrufqualitätsmetriken wie Jitter, Latenz, Paketverlust und MOS verwendet werden. Es unterstützt die Fehlerbehebung bei der VoIP-Anrufleistung, indem Anrufprobleme mit der Netzwerkleistung korreliert werden. Auch die Echtzeit-WAN-Überwachung mit Cisco IP SLA-Technologie ist integriert. Eine VoIP-Anrufpfadverfolgungsfunktion ermöglicht es, Anrufprobleme entlang des gesamten Netzwerkpfades zu erkennen und zu lokalisieren.

Dieses Tool bietet eine Echtzeitüberwachung der Site-to-Site-WAN-Leistung und verfügt über Warnfunktionen, um Sie über anormale Situationen zu informieren. Es trägt dazu bei, dass WAN-Verbindungen wie erwartet funktionieren, indem Cisco IP SLA-Metriken, synthetische Verkehrstests und benutzerdefinierte Leistungsschwellenwerte und -warnungen genutzt werden.

Der SolarWinds VoIP und Network Quality Manager überwacht nicht nur Ihre WAN-Verbindungen, sondern kann auch die Auslastungs- und Leistungsdaten Ihrer VoIP-Gateways und PRI-Trunks anzeigen. Er kann bei der Kapazitätsplanung helfen, indem er Ihnen die Möglichkeit gibt, die Sprachqualität bei der Planung neuer VoIP-Implementierungen zu bewerten.

Die Preise für den SolarWinds VoIP und Network Quality Manager beginnen bei 1.615 $ für bis zu 5 IP-SLA-Quellgeräte und 300 IP-Telefone. Andere Lizenzstufen, einschließlich einer geräteunbegrenzten Lizenz, sind ebenfalls verfügbar. Eine kostenlose 30-Tage-Testversion ist verfügbar, wenn Sie das Produkt testen möchten.

2. PRTG Network Monitor

Der PRTG Network Monitor von Paessler ist ein vielseitiges Netzwerküberwachungssystem. Durch den Einsatz von Sensoren, die als Add-ons betrachtet werden können, obwohl sie im Lieferumfang des Produkts enthalten sind, kann PRTG zur Überwachung vieler verschiedener Parameter von Netzwerken und Systemen eingesetzt werden. Das Tool kann praktisch jedes System, jedes Gerät, jeden Datenverkehr und jede Anwendung in Ihrer IT-Infrastruktur überwachen.

Besonders interessant in diesem Zusammenhang ist, dass das Tool einen Ping-Jitter-Sensor enthält, der entwickelt wurde, um zu messen, wie stark Ihr Netzwerk von Jitter betroffen ist. Weitere relevante Sensoren sind ein QoS-Round-Trip-Sensor und ein QoS-One-Way-Sensor. Bei Cisco-Geräten mit IP-SLA-Funktion liest ein IP-SLA-Sensor relevante Kennzahlen aus. Beide Methoden zeigen die Qualität Ihrer VoIP-Verbindung und ermöglichen es Ihnen, festzulegen, welche Latenz, Jitter usw. akzeptabel sind. Sie können wählen, ob Sie per E-Mail, SMS oder Push-Benachrichtigungen auf einem Mobilgerät benachrichtigt werden möchten, wenn ein Schwellenwert überschritten wird, damit Sie entsprechende Maßnahmen ergreifen können.

Der PRTG Network Monitor ist sehr einfach und schnell zu installieren. Das Auto-Discovery-System des Tools scannt Netzwerksegmente und erkennt automatisch eine Vielzahl von Geräten und Systemen. Anschließend erstellt es Sensoren anhand von vordefinierten Gerätevorlagen. Bestimmte VoIP-Sensoren müssen manchmal nachträglich manuell eingerichtet werden, was die Installation etwas verlängert, aber dennoch ist dies eines der am schnellsten einzurichtenden Tools.

Der PRTG Network Monitor ist in einer kostenlosen Vollversion erhältlich, die auf 100 Sensoren begrenzt ist. Beachten Sie, dass jeder einzelne überwachte Parameter als ein Sensor zählt. Um mehr als 100 Sensoren zu überwachen, benötigen Sie eine Lizenz. Die Preise variieren je nach Anzahl der Sensoren und beginnen bei 600 $ für 500 Sensoren bis zu 14.500 $ für eine unbegrenzte Anzahl von Sensoren. Eine kostenlose 30-Tage-Testversion ohne Gerätebeschränkung ist ebenfalls verfügbar.

3. ManageEngine OpManager mit VoIP-Monitor

Der ManageEngine OpManager ist ein weiteres hervorragendes Tool zur Netzwerküberwachung. Er überwacht die Vitalfunktionen Ihrer Geräte und warnt Sie, sobald etwas außerhalb der Spezifikationen liegt. Das Tool verfügt über eine intuitive Benutzeroberfläche, mit der Sie die benötigten Informationen leicht finden können. Es bietet auch eine hervorragende Reporting-Engine sowie eine Reihe von vorgefertigten und benutzerdefinierten Berichten. Abgerundet wird das Paket durch umfassende Warnfunktionen.

Wenn es um die Überwachung von Jitter geht, kann die VoIP-Überwachungsoption von ManageEngine OpManager die Kapazität Ihrer Infrastruktur zur Bearbeitung von VoIP-Anrufen proaktiv überwachen und melden. Das Tool verwendet Cisco IP SLA, um kritische Quality-of-Service-Parameter von VoIP-Netzwerken kontinuierlich zu überwachen. Zu den überwachten VoIP-Parametern gehören Paketverlust, Verzögerung, Jitter, Mean Opinion Score (MOS) und Round Trip Time (RTT).

Die Preise für den ManageEngine OpManager richten sich nach der Anzahl der überwachten Geräte. Die Preise reichen von 715 $ für 25 Geräte bis zu 14.995 $ für 1.000 Geräte. Die VoIP-Monitor-Option kostet zusätzlich 125 $ pro Gerät, das diese Funktion benötigt. Eine kostenlose 30-Tage-Testversion ist verfügbar, damit Sie das Produkt ausprobieren und sehen können, wie es Ihren spezifischen Anforderungen entspricht.

4. VoIP-Monitor

VoIPmonitor ist ein Open-Source-Netzwerk-Paket-Sniffer mit einem kommerziellen Frontend zur Überwachung der meisten VoIP-Protokolle. Er läuft unter Linux und analysiert die Qualität laufender VoIP-Gespräche anhand von Netzwerkparametern wie Jitter und Paketverlust gemäß dem ITU-T G.107 E-Modell. Anrufinformationen werden zusammen mit ihren Metriken in einer Datenbank gespeichert. Jeder Anruf kann zur weiteren Analyse mit externen Tools wie Wireshark in einer pcap-Datei gespeichert werden.

VoIPmonitor kann auch Sprache decodieren und über seine webbasierte GUI wiedergeben sowie als .WAV-Datei auf der Festplatte speichern. Das Produkt unterstützt standardmäßig die Codecs G.711 alaw und ulaw, und kommerzielle Plugins fügen Unterstützung für G.722, G.729a, G.723, iLBC, Speex, GSM, Silk, iSAC und OPUS hinzu. VoIPmonitor ist auch in der Lage, T.38 FAX in PDF umzuwandeln.

Das GUI-Frontend von VoIPmonitor ist entweder als lokal gehosteter Server zu Preisen zwischen 42 $/Monat für 10 Kanäle und 917 $/Monat für 6.000 Kanäle oder als Cloud-basierter Dienst mit Preisen zwischen 20 $/Monat für 3 Kanäle und 200 $/Monat für 200 Kanäle erhältlich. Beide Versionen sind in einer kostenlosen und unbegrenzten 30-Tage-Testversion erhältlich.

Jitter verhindern oder reduzieren

Es ist eine Sache, Jitter zu messen, aber sobald Sie ihn gefunden haben, müssen Sie etwas dagegen unternehmen. Betrachten wir zwei der beliebtesten Möglichkeiten, Jitter zu verhindern oder zu reduzieren. Beide Techniken haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie auch Latenzprobleme beheben.

Jitter-Puffer

Ein Jitter-Puffer ist eine Komponente, die Verzögerungs- oder Latenzabweichungen entgegenwirkt, indem sie eingehende Pakete für einen kurzen Zeitraum speichert, bevor sie an ihr Ziel weitergeleitet werden. Sie sind in der Regel so eingestellt, dass sie den Datenverkehr für 30 bis 200 ms puffern, je nachdem, wie viel Jitter gemessen wurde. Diese Pufferung führt zu weniger Jitter und einem Gespräch, das für beide Parteien verständlich bleibt. Ein Jitter-Puffer speichert Datenpakete vor dem Senden und stellt sicher, dass sie in der richtigen Reihenfolge eintreffen. Das Endergebnis ist ein minimierter Jitter und weniger negative Auswirkungen auf die VoIP-Anrufqualität.

Jitter-Puffer erhöhen naturgemäß die Gesamtverzögerung in Ihrem Netzwerk. Durch das Zurückhalten von Paketen fügt ein Jitter-Puffer dem Dienst Latenz hinzu. Bei der Implementierung von Vollduplex-Kommunikation ist Vorsicht bei der Einrichtung von Jitter-Puffern geboten. Ein weiteres Problem mit Jitter-Puffern ist, dass sie nur eine kurzfristige Lösung darstellen. Sie beheben nicht die Ursache des Jitters, sondern nur die Symptome. Hierfür müssen Sie Quality of Service (QoS) in Ihren Routern einrichten.

QoS-Priorisierung

Die Paketpriorisierung ist eine Art Quality-of-Service-Einstellung, bei der Sie bestimmte Arten von Datenverkehr priorisieren, um Netzwerküberlastungen zu reduzieren. Ihr priorisierter Datenverkehr hat Vorrang vor anderen Arten von Datenverkehr und wird zuerst gesendet, unabhängig davon, wie viel anderer Datenverkehr vorhanden ist. Die Paketpriorisierung wird im Allgemeinen für geschäftskritische Anwendungen verwendet, die eine Echtzeitleistung erfordern, wie z. B. VoIP.

Um VoIP-Datenverkehr zu schützen, priorisieren Sie normalerweise RTP-Pakete (Real-Time Transport Protocol). Wie dies geschieht, hängt von der Konfiguration Ihres Routers ab. Der Datenverkehr kann auch anhand seiner DSCP-Markierung priorisiert werden. Differentiating Services Code Point (DSCP) verwendet einen Sechs-Bit-Code im Header jedes Pakets, um es gemäß mehreren Klassen mit zunehmender Priorität zu kennzeichnen. Typische DSCP-Werte reichen von 0, dem am wenigsten wichtigen Datenverkehr, bis 48, dem wichtigsten. Die meisten VoIP-Geräte wie IP-Telefone und Gateways markieren den gesamten Sprachverkehr als DSCP 46. Es ist dann einfach, diesen Datenverkehr in der QoS-Konfiguration Ihres Routers zu priorisieren.