Paketverlust (Packet Loss)

Was ist Paketverlust?

Paketverlust (Packet Loss) tritt auf, wenn ein oder mehrere übertragene Datenpakete nicht ihr Ziel erreichen. Dies kann bei allen Arten der digitalen Kommunikation zu spürbaren Leistungsproblemen führen.

Ein Paket ist eine kleine Dateneinheit, die ein Netzwerkprotokoll zwischen einer Quelle und einem Ziel im Internet oder einem anderen paketvermittelnden Netzwerk routet. Netzwerkpakete enthalten kleine Datenmengen, die typischerweise Informationen wie die Quell- und Zieladresse, Protokolle oder Identifikationsnummern enthalten. Vom Versenden von E-Mails bis zum Herunterladen von Videos – jede Internetaktivität erfordert die Übertragung von Paketen.

Wenn Pakete ihr Ziel nicht erreichen, kann es für den Endanwender zu Störungen kommen, zum Beispiel einem langsamen Service oder einem Verlust der Netzwerkkonnektivität. Für Privatanwender kann ein langsamerer Service oder ein Verlust der Netzwerkverbindung zu einem negativen Nutzererlebnis (UX) führen. Für Unternehmen können Netzwerkprobleme den täglichen Betrieb beeinträchtigen.

In der Regel leiden Anwendungen, die auf die Echtzeitverarbeitung von Paketen angewiesen am meisten unter Paketverlust. Beispiele dafür sind Videoanrufe und audiobasierte Programme.

Paketverlust wird üblicherweise entweder durch Fehler bei der Datenübertragung oder durch Netzwerküberlastung verursacht. Die Paketverlustrate wird in Prozenten ausgedrückt und als Anzahl der verloren gegangenen Pakete verglichen mit der Gesamtzahl der gesendeten Pakete berechnet.

Was sind die Ursachen für Paketverlust?

Zu den Ursachen für Paketverluste gehören eine unzureichende Signalstärke am Zielort, natürliche oder vom Menschen verursachte Störungen, übermäßiges Systemrauschen, Softwarefehler oder überlastete Netzwerkknoten. Oft ist mehr als einer dieser Faktoren beteiligt. Zu den weiteren Ursachen zählen folgende Punkte:

• Netzwerküberlastung: Wenn ein Netzwerk seine maximale Kapazität erreicht, kann es so stark beschäftigt sein, dass es eingehende Pakete ignoriert oder verwirft, um den Verarbeitungsrückstand aufzuholen. Eine Anwendung kann im Falle einer Netzwerküberlastung die verlorenen Datenpakete erneut senden.
• Netzwerkhardware: Eine alte und nicht mehr zeitgemäße Netzwerkinfrastruktur kann den Netzwerk-Traffic derart verlangsamen, dass es zu Paketverlust kommt. Dies kann bei Firewalls, Modems und Routern Diese Hardware sollte aktualisiert oder ersetzt werden.
• Softwarefehler: Eine nicht einwandfrei funktionierende Software kann Fehler in ein Netzwerk bringen, die zu unerwartetem Verhalten, unter anderem Paketverlust, führen. Die Software sollte wenn möglich aktualisiert werden.
• Sicherheitslücken: Bei Denial-of-Service-Angriffen können Hacker einen plötzlichen und starken Anstieg von Packet Loss verursachen. Das Ziel der Hacker besteht darin, ein System mit so vielen Anfragen zu überfluten, dass das Netzwerk zusammenbricht. Die Ressourcen des Opfers sind so überlastet, dass es für andere Personen schwierig oder unmöglich ist, auf sie zuzugreifen. Ein ungewöhnlicher Anstieg beim Paketverlust könnte ein Anzeichen für einen Cyberangriff sein.

Wenn sich die Ursache nicht beseitigen lässt, kann man per Packet Loss Concealment versuchen, die Auswirkungen der verlorenen Pakete zu minimieren.

Wie wirkt sich Paketverlust aus?

Die Auswirkungen von Packet Loss machen sich als Einbußen der Netzwerk-Performance bemerkbar und umfassen folgende Aspekte:

• Mangelnde Kommunikationsqualität: Bei Echtzeitanwendungen, insbesondere bei Voice over IP (VoIP), kommt es zu Jitter und häufigen Sprachaussetzern auf Empfängerseite. Paketverluste von weniger als zwei Prozent können bereits spürbar sein.
• Geringerer Durchsatz: Paketverlust reduziert den Durchsatz. Einige Transport-Layer-Protokolle interpretieren Packet Loss als Überlastung. Daher passt das Protokoll seine Übertragungsrate an, um die festgestellte Überlastung zu verhindern.
• Weniger sichere Kommunikation: Paketverlust kann Hintertüren mit niedriger Priorität für Angriffe von Cyberkriminellen eröffnen. VoIP-Anwendungen lassen sich auf diese Weise hacken.
• Verlust von verschlüsselten Daten: Gehackte Systeme aufgrund von Paketverlust können es Cyberkriminellen ermöglichen, Sicherheitsmaßnahmen zu umgehen und verschlüsselte Daten zu stehlen.
• Verworfene Pakete: Pakete, die die größten Verzögerungen aufweisen, können verworfen werden, um die Gesamtlatenz zu verringern.
• Unvollständige Daten: Im Extremfall kann Paketverlust zu stark beschädigten Empfangsdaten und Bildern, unverständlicher Sprache oder sogar zum völligen Fehlen eines Empfangssignals führen.

Darüber hinaus sind die Auswirkungen von Paketverlust je nach verwendetem Protokoll unterschiedlich:

• Transmission Control Protocol: TCP ist so konzipiert, dass Paketverlust nicht auftritt. Geht ein Paket verloren, kann TCP es erneut übertragen. Bei der zweiten Übertragung werden die verlorenen Pakete aufgesammelt und der Datenstrom rekonstruiert. Das bedeutet jedoch nicht, dass es keine Verzögerung gibt. Das Netzwerk kann sich langsamer anfühlen, da die erneute Übertragung von Daten immer noch Zeit in Anspruch nimmt.
• User Datagram Protocol: UDP lässt sich in einigen Netzwerkarchitekturen nutzen, kann aber Pakete nicht erneut übertragen, so dass die Daten manuell erneut gesendet werden müssen. Stattdessen lassen sich UDP-Verbindungen verwenden, um die Netzwerkverbindung bei Paketverlust zu beenden.

In verschiedenen Szenarien sind unterschiedliche Paketverlustraten akzeptabel. Beispielsweise können weniger als zwei Prozent Paketverlust dazu führen, dass ein VoIP-Anruf verstümmelt wird, während ein Paketverlust von bis zu zehn Prozent für kleine Downloads möglicherweise hinnehmbar ist.

Wie lässt sich Paketverlust erkennen?

Eine einfache Möglichkeit, Paketverlust zu entdecken, besteht darin, ihn von TCP erkennen zu lassen, da es darauf ausgelegt ist, Packet Loss zu verhindern.

Wer jedoch Paketverlust feststellen möchte, kann ein Diagnose-Tool wie einen Ping-Test (Packet Internet oder Inter-Network Groper) verwenden. Das Netzwerk-Utility ping, das in jedes Betriebssystem integriert ist, schickt spezielle Pakete an ein bestimmtes Ziel und beobachtet dann, ob der Knoten am anderen Ende korrekt antwortet. Der beste Weg, um Paketverlust zu messen, besteht darin, eine große Anzahl von Pings an das Ziel zu senden und auf die fehlgeschlagenen Antworten zu achten. Wenn jemand beispielsweise 50 Mal ein Ziel anpingt und nur 49 Antworten erhält, lässt sich der Paketverlust auf etwa zwei Prozent schätzen.

Wie lässt sich Paketverlust beseitigen?

Es gibt keine allgemeingültige Lösung für Paketverlust, da er durch eine Reihe von Problemen verursacht werden kann. Deshalb existieren verschiedene Methoden, um das Problem zu beheben:

• Erhöhen Sie die Bandbreite: Liegt das Problem nur an der Überlastung des Netzwerks, können durch die Erhöhung der Bandbreite mehr Anfragen gleichzeitig bearbeitet werden, so dass sich weitere Verzögerungen vermeiden lassen.
• Führen Sie Deep Packet Inspection durch: Bei DPI handelt es sich um eine Art der Paketfilterung, die Pakete mit bestimmten Daten- oder Code-Payloads lokalisiert, identifiziert, klassifiziert, neu routet oder blockiert. Dies kann bei einer Netzwerküberlastung helfen, indem der Fluss des Netzwerkverkehrs optimiert wird. Auf diese Weise lassen sich etwa Pakete mit hoher Priorität kennzeichnen und dann vor Paketen mit niedriger Priorität routen.
• Aktualisieren Sie Hardware und Software: Veraltete Hardware und Software kann den Netzwerk-Traffic verlangsamen und Paketverlust verursachen. Der Task Manager von Microsoft Windows kann einen Netzwerkadministrator dabei unterstützen, Software zu identifizieren, die zu viel Bandbreite beansprucht. Die Aktualisierung von Hard- und Software kann ebenfalls helfen, dass es zu keinen zusätzlichen Fehlern kommt.
• Nutzen Sie kabelgebundene Verbindungen: Im Vergleich zu WLANs ist es bei kabelgebundenen Netzwerken weniger wahrscheinlich, dass Datenpakete bei der Übertragung verloren gehen, da die kabelgebundene Verbindung stabiler ist. Vergewissern Sie sich jedoch, dass die Ethernet-Kabel nicht beschädigt sind, denn defekte Kabel können die Paketübertragung negativ beeinflussen.
• Reduzieren Sie Störfaktoren: Interferenzen von Bluetooth-Geräten, wie Kopfhörern und Tastaturen, können Störsignale verursachen. Das Deaktivieren dieser Geräte kann für Abhilfe sorgen.

Wie lässt sich Paketverlust verhindern?

Eine Möglichkeit, Paketverlust zu vermeiden oder ihn auf einem akzeptablen Niveau zu halten, ist das Monitoring der Netzwerk-Performance. Einige Überwachungs-Tools enthalten Sensoren, die Packet Loss isolieren und beseitigen, während andere Werkzeuge für Deep Packet Inspection bieten. Wenn ein Unternehmen seine Geräte regelmäßig kontrolliert, sollte es in der Lage sein, Netzwerklasten mit hoher Kapazität zu bewältigen.

Erfahren Sie mehr darüber, wie Tests auf Paketverlust funktionieren und wie man sie durchführt.