Jitter

Was ist Jitter?

Jitter ist jede Abweichung oder Verschiebung der Signalimpulse in einem hochfrequenten digitalen Signal. Die Bezeichnung Jitter (deutsch: Zittern, Wackeln, Flackern, Fluktuation, Schwankung) lässt bereits erahnen, dass es sich hier um Unregelmäßigkeiten beim Signal handelt. Die Abweichung kann sich auf die Amplitude (die Spannungshöhe), die Phase (zeitliche Verschiebung) oder die Breite des Signalimpulses beziehen.

Zu den Ursachen von Jitter gehören elektromagnetische Interferenz (EMI) und Übersprechen (Crosstalk) mit anderen Signalen. Jitter kann dazu führen, dass ein Anzeigemonitor flimmert, die Fähigkeit des Prozessors in einem Desktop oder Server beeinträchtigt wird, Klicks oder andere unerwünschte Effekte in Audiosignalen hervorrufen und zu einem Verlust von übertragenen Daten zwischen Netzwerkgeräten führen. Die Stärke des zulässigen Jitters hängt stark von der Anwendung ab.

Jitter in IP-Netzwerken ist die Variation der Latenzzeit bei einem Paketfluss zwischen zwei Systemen, wenn einige Pakete länger brauchen, um von einem System zum anderen zu gelangen. Jitter entsteht durch Netzwerküberlastung, Timing-Drift und Routenänderungen.

Jitter ist besonders problematisch bei Echtzeitkommunikation wie IP-Telefonie (VoIP) und Videokonferenzen. Er ist auch ein ernstes Problem für gehostete Desktops und virtuelle Desktop-Infrastrukturen (VDI). Jitter kann zu Audio- und Video-Artefakten (unbeabsichtigte Abweichung oder Inkonsistenz) führen, die die Qualität der Kommunikation verschlechtern.

Was verursacht Jitter?

Zu den Ursachen von Jitter gehören:

• Schlechte Hardware-Leistung: Die Verwendung eines veralteten Netzwerks mit älteren Geräten, zum Beispiel einem veralteten Switch, Kabel oder Router, kann Netzwerk-Jitter verursachen.
• Nicht genügend Bandbreite: Netzwerke, die mit Datenverkehr überlastet sind, weisen eine schlechte Leistung auf, da zu viele aktive Geräte die Bandbreite nutzen.
• Jitter im drahtlosen Netzwerk: Einer der Nachteile der Verwendung eines drahtlosen Netzwerks ist eine minderwertige Netzwerkverbindung. Die Verwendung einer kabelgebundenen Verbindung trägt dazu bei, dass Video- und Sprachanrufsysteme eine bessere Benutzererfahrung ((User Experience, UX) bieten.
• Priorisierung von Paketen nicht implementiert: Insbesondere bei Voice-over-IP-Systemen (VoIP) kommt es zu Jitter, wenn Audiodaten nicht vorrangig vor anderen Arten von Datenverkehr zugestellt werden.

Welche Jitter-Arten gibt es?

Zu den verschiedenen Jitter-Varianten gehören:

• Konstanter Jitter: Eine im Allgemeinen konstante Schwankung der Verzögerung von Paket zu Paket.
• Vorübergehender (transient) Jitter: Gekennzeichnet durch eine erhebliche inkrementelle Verzögerung, die durch ein einzelnes Paket entstehen kann.
• Kurzfristige Verzögerungsschwankungen: Charakterisiert durch einen Anstieg der Verzögerung, der für eine bestimmte Anzahl von Paketen anhält und mit einem Anstieg der Verzögerungsvariation von Paket zu Paket einhergehen kann. Diese Art von Jitter ist typischerweise mit Überlastung und Routenänderungen verbunden.

Metriken zur Messung von Jitter, Durchführung eines Jitter-Tests

Die Messung von Jitter besteht in der Berechnung der durchschnittlichen Paket-zu-Paket-Verzögerungszeit. Dies kann je nach Art des Datenverkehrs auf verschiedene Weise erfolgen:

• Sprachverkehr: Hier wird gemessen, ob der Benutzer die Kontrolle über einen oder beide Endpunkte hat.
• Einzelner Endpunkt: Dies wird durch die Berechnung der mittleren Round-Trip-Time (RTT) und der minimalen Round-Trip-Time einer Reihe von Sprachpaketen gemessen, bekannt als Ping-Jitter-Test. RTT ist die Zeit, die ein Signalimpuls oder ein Paket benötigt, um von einer bestimmten Quelle zu einem bestimmten Ziel und wieder zurückzugelangen.
• Doppelter Endpunkt: Dies kann mit der Messung des momentanen Jitters gemessen werden, der sich auf die Abweichung zwischen den Sende- und Empfangsintervallen für ein Paket bezieht.
• Bandbreitentest: Die Durchführung eines Bandbreitentests kann ebenfalls die Höhe des Jitters bestimmen. Dabei werden die Upload- und Download-Geschwindigkeiten der Internetverbindung des Nutzers, die Jitter-Zeiten und die Gesamtkapazität des Netzes bewertet.

Der einfachste Weg, Jitter zu testen, ist die Durchführung eines Bandbreitentests. So können Nutzer feststellen, ob der hohe Jitter durch ihren Internetanbieter verursacht wird. Beim Bandbreitentest werden Dateien über ein Netzwerk an einen bestimmten Computer gesendet, und es wird die Zeit gemessen, die die Dateien zum Herunterladen am Zielort benötigen. Daraus ergibt sich eine theoretische Datengeschwindigkeit zwischen den beiden Punkten, die in Kilobit pro Sekunde (KBit/s) oder Megabit pro Sekunde (MBit/s) gemessen wird.

Bandbreitentests können jedoch erheblich variieren, da die Testvorgänge durch den Internetverkehr, die Dateigrößen, das Rauschen auf den Datenleitungen und die Last auf dem Server zum Zeitpunkt des Tests beeinflusst werden können. Benutzer sollten mehrere Bandbreitentests durchführen, um einen durchschnittlichen Durchsatz zu ermitteln. Im Internet gibt es auch speziell für VoIP ausgelegte Speed-Tests, die unter anderem den UDP-Jitter messen. Beispiele dafür sind das Tool von Nextiva oder das von RingCentral.

Was ist ein akzeptabler Wert für Jitter?

Grundsätzlich gilt, dass der Jitter so gering wie möglich sein sollte. Er sollte auf jeden Fall  unter 30 Millisekunden liegen, der Paketverlust sollte nicht mehr als 1 Prozent betragen und die Netzwerklatenz sollte nicht höher als 150 ms in eine Richtung und 300 ms RTT sein.

Ein geringes Maß an Jitter stellt in der Regel kein großes Problem dar, da niedrige Jitter-Werte die Konnektivität sicherlich nicht merklich beeinträchtigen.

Einige Dienste und Anwendungen haben jedoch eine höhere Toleranz gegenüber Jitter als andere. So wirkt sich Jitter beispielsweise stärker auf Sprachübertragungen aus als auf das Versenden von E-Mails. Es kommt also darauf an, was die Benutzer als Unregelmäßigkeiten und Schwankungen bei der Datenübertragung akzeptieren wollen, auch wenn eine schlechte Audio- und Videoqualität zu einer schlechten Nutzererfahrung führt.

Wie kann man Jitter reduzieren?

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, das Jittering zu reduzieren, darunter:

• Jitter-Pufferung verwenden: Ein Jitter-Puffer kann die Auswirkungen von Jitter mildern, entweder im Netzwerk auf einem Router oder Switch oder auf einem Computer. Die Anwendung, die die Netzwerkpakete konsumiert, erhält sie im Wesentlichen aus dem Puffer statt direkt. Sie werden in einem regelmäßigen Rhythmus aus dem Puffer gespeist, wodurch die zeitlichen Schwankungen der Pakete, die in den Puffer fließen, ausgeglichen werden.
• Upgrade für Ethernet-Kabel: Eine der Ursachen für Jitter sind veraltete Kabel und Switches. Neue CAT-7-Kabel können den Ethernet-Jitter möglicherweise beheben, da sie eine Bandbreite von 600 Megahertz (MHz) bieten. CAT-5-Kabel erreichen dagegen nur 100 MHz.
• Reduzieren von unnötiger Bandbreitennutzung während der Arbeitszeiten: Eine hohe Bandbreitennutzung für Aktivitäten, die nicht mit der Arbeit zusammenhängen, wie das Streaming von Videos oder Netzwerkspiele, kann den Jitter verstärken.
• Updates außerhalb der Arbeitszeiten planen: Das Aktualisieren von Anwendungen und Betriebssystemen (OS) sollte außerhalb der Arbeitszeit erfolgen, um Kapazitäten für kritischere Kommunikationen freizuhalten.

Wenn mehrere Pfade zur Verfügung stehen, besteht eine andere Technik zur Abschwächung des Jitters darin, den Datenverkehr selektiv über die stabilsten Pfade zu leiten oder immer den Pfad zu wählen, der der angestrebten Paketübertragungsrate am nächsten kommt.

Tools zur Netzwerküberwachung

Netzwerküberwachungs-Tools können Daten über Jitter und andere negative Aspekte des Netzwerks messen und anzeigen. Zu diesen Tools gehören die folgenden.

SolarWinds VoIP- und Netzwerkqualitäts-Manager (VNQM)

Diese Software überwacht VoIP-Anrufe und Anrufdatensätze genau und misst die Leistungsmetriken Jitter, Latenz, Paketverlust und MOS (Mean Opinion Score). Es wurde speziell entwickelt, um die Qualität von VoIP-Anrufen im Hinblick auf den aktuellen Jitter und den maximalen Jitter zu überprüfen, was dazu beiträgt, die Leistung auf einer detaillierteren Ebene zu messen, die Qualität des VoIP-Verkehrs zu überwachen und die Benutzer in die Lage zu versetzen, etwaige Probleme schnell zu beheben. Mit dieser Software können Benutzer Anrufdatensätze von Cisco Unified Communications Manager und Avaya Aura Communication Manager analysieren.

Zu den wichtigsten Funktionen gehören folgende:

• Echtzeit-Überwachung des Wide Area Network (WAN)
• Fehlersuche bei Problemen mit der VoIP-Anrufqualität
• visuelle Verfolgung von VoIP-Anrufpfaden
• Überwachung von Cisco VoIP-Gateways und Primary Rate Interface (PRI) Trunks

PRTG (Paessler Router Traffic Grapher) Netzwerk-Monitor

Diese Software kann Jitter erkennen und kontinuierlich überwachen. PRTG verwendet Sensoren zur Überwachung einzelner Elemente innerhalb eines Geräts. Ein Sensor überwacht typischerweise einen Messwert in einem Netzwerk, zum Beispiel den Datenverkehr eines Switch-Ports, die CPU-Last eines Servers oder den freien Speicherplatz eines Festplattenlaufwerks. Im Durchschnitt benötigt ein Anwender etwa fünf bis 10 Sensoren pro Gerät oder einen Sensor pro Switch-Port.

PRTG Network Monitor wird mit vier verschiedenen Sensoren ausgeliefert, die den Anwender bei der Überwachung des Netzwerk-Jitters unterstützen:

• Quality of Service (QoS) Round Trip Sensor: Überwacht die Qualität der Verbindung. Er misst und zeigt Netzwerk-Jitter (in ms), Paketverluste, Latenz und MOS an.
• QoS One Way Sensor: Überwacht die Qualität der Verbindung zwischen zwei PRTG-Sonden. Er misst und zeigt Jitter, Verlust, Latenz und MOS an.
• Cisco IP SLA Sensor: Verwendet das Simple Network Management Protocol (SNMP) zur Überwachung von Cisco IP SLA (Service Level Agreement). Er misst auch Jitter und zeigt ihn an.
• Ping-Jitter-Sensor: Nur für Jitter, er verwendet eine Reihe von Pings zur Messung und Berechnung von Jitter.