Was ist Jitter? Definition und vorbeugende Maßnahmen

Von Jitter spricht man, wenn es bei der Übertragung von Datenpaketen zur Verzögerung oder zu Abweichungen kommt. Tritt Jitter auf, liegt das Problem meist an einer ausgelasteten Netzwerkbandbreite, alten Netzwerkinfrastrukturen, Ethernet-Kabeln oder Endgeräten. Um Jitter zu reduzieren oder gar zu verhindern, empfiehlt sich ein regelmäßiger Netzwerktest und ein Upgrade von Endgeräten oder Netzwerken.

Der Bildschirm flackert, die Audioübertragung knistert und knackt oder das Zoom-Video kommt nur stockend an. Dies kann am Jitter-Effekt liegen. Dahinter verbirgt sich das Taktzittern bei der Übertragung digitaler Signale sowie die Varianz von Laufzeiten bei der Übermittlung von Datenpaketen. Das bedeutet, dass es durch Jitter zu Verzögerung, Verschiebung oder zu Abweichungen bei Signalimpulsen, Amplituden oder beim Phasentiming kommen kann.

In TCP/IP-Netzwerken steht Jitter für Abweichungen in der Latenzzeit bei der Übertragung von Datenpaketen zwischen beteiligten Instanzen bzw. Endgeräten. Datenpakete benötigen also länger als üblich, um beim Empfänger anzukommen.

Je nach Auftreten lassen sich folgende Arten von Jitter feststellen:

• Konstanter Jitter: Hierbei kommt es grundsätzlich und anhaltend zu einer verzögerten Übertragung von Datenpaketen.
• Vorübergehender (Transient) Jitter: Wird i. d. R. durch einzelne Datenpakete verursacht und sorgt für eine kurzzeitige, jedoch spürbare Verzögerung in der Signalübertragung.
• Kurzfristige Delays: Diese Verzögerungsschwankungen hängen meist mit Änderungen von Übertragungsrouten oder überlasteten Netzwerken zusammen. Sie äußern sich durch kurzzeitig zunehmende Delays bei einer bestimmten Menge an Datenpaketen und können von Paket zu Paket zu variierenden Delays führen.

In aller Regel äußert sich Jitter bei der Datenübertragung zwischen zwei Systemen. Der Paketfluss zwischen den Systemen wird hierbei konstant oder kurzzeitig verzögert. Obwohl die Latenzzeitvariation besonders häufig und regelmäßig in IP-Netzwerken auftritt, sorgt Jitter vor allem in der Echtzeit-Kommunikation wie bei Video-Chats, Video-Konferenzen und VoIP-Telefonaten für Frustration. Die Auswirkungen von Jitter sind in diesen Fällen eine verschlechterte Kommunikationsqualität, Rauschen, Knacken, verzögerte Video- und Audiosignale oder fragmentierte Signalübertragung. Auch bei Desktop-Hosting oder in virtuellen VDI-Infrastrukturen kann Jitter auftreten.

Die Ursachen für das Auftreten von Jitter können je nach Auftreten variieren. Grundsätzlich lassen sich die folgenden feststellen:

• Geringe Qualität der Hardware oder Netzwerk-Infrastruktur: Beim Einsatz von veralteten Routern, Modems, Computern, Kabeln, Switches oder Peripheriegeräten kann es zu Netzwerk-Jitter kommen. Signale werden bei der Übertragung verzögert und Befehle nur mit Delay ausgeführt.
• Überlastung durch geringe Netzwerk-Bandbreite: Je nach Netzwerktyp oder Netzwerkprotokoll tritt Jitter häufig durch Netzwerküberlastung auf. Dies ist etwa der Fall, wenn es sich um ein Netzwerk mit zu geringer Bandbreite bzw. zu vielen aktiven Geräten handelt.
• Drahtlose Netzwerke mit schlechter Netzwerkverbindung: Eine zu geringe Übertragungsrate und Bandbreite kann vor allem in drahtlosen Netzwerken zu Jitter führen. Auch aus diesem Grund zeichnen sich kabelgebundene Netzwerkverbindungen durch eine bessere Übertragung von Video- und Audiosignalen aus.
• Keine Priorisierung von Paketen oder Endgeräten: Wird in einem Netzwerk keine Priorisierung von bestimmten Datenpaketen oder Endgeräten implementiert, kann es zu Abweichungen und Verzögerungen kommen. Das ist besonders bei der Übertragung von Audiodaten in VoIP-Systemen spürbar.

Die Verzögerung bzw. Varianz in der Latenzzeit lässt sich durch verschiedene Metriken berechnen. Folgende Methoden werden für die Jitter-Messung eingesetzt:

Hierbei werden die durchschnittliche sowie die minimale Round-Trip-Time (RTT) in Form eines Ping-Tests für Sprachpakete gemessen. Bei der RTT handelt es sich um die Zeit, die Datenpakete und Signale benötigen, um von einer sendenden Instanz zum Empfänger zu gelangen. Vereinfacht ausgedrückt, handelt es sich um einen Ping-Test, ähnlich dem Ping-Befehl oder Traceroute.

Der Delay zwischen Intervallen beim Senden und Empfangen wird durch sofortigen Jitter bei einzelnen Paketen ermittelt.

Bandbreitentests messen Latenzvarianz und Verzögerungen in der Datenübertragung anhand der Netzwerkbandbreite bzw. der Netzwerküberlastung. Als Kriterien werden Geschwindigkeiten von Uploads und Downloads bei Datenpaketen, Jitter-Zeiten und die Bandbreitenkapazität des Netzwerks herangezogen. Durch Bandbreitentests lässt sich feststellen, ob Jitter vom Internetanbieter verursacht wird. Mögliche Delays lassen sich anhand einer theoretischen Datengeschwindigkeit in KB/s (Kilobit pro Sekunde) bzw. MB/s (Megabit pro Sekunde) messen. Hier empfehlen sich mehrere Tests, da Dateigrößen, Leitungsrauschen sowie Netzwerk- und Serverüberlastungen die Tests beeinflussen können.

Zur Analyse und Messung von Jitter dienen folgende hilfreiche Tools:

• SolarWinds VoIP-/Netzwerksqualitäts-Manager: Analysiert und misst Anrufdatensätze hinsichtlich Paketverlust, Latenzzeiten, Jitter und Mean Opinion Scores. Zu verfügbaren Funktionen zählen WAN-Echtzeit-Überwachung, Fehleranalysen für VoIP-Anrufqualität, visuelle Analyse von VoIP-Anrufpfaden sowie das Monitoring von Primary Rate Interface Trunks und Cisco VoIP-Gateways.
• PRTG Netzwerk-Monitor (Paessler Router Traffic Grapher): Dient zur Messung und Überwachung gezielter Messwerte wie Datenübertragungsraten von Switch-Ports, die CPU-Auslastung oder belegter Speicherplatz.
• StarTrinity Continuous Speed Test Tool: Dient zur Messung der Netzwerkverbindungen, indem es Paketverluste und Jitter überwacht und hierzu Zeitstempel von Paketen aufzeichnet. Zu Messwerten zählen die Upload-/Download-Bandbreite, Upload-/Download-Jitter, Paketverluste, RTT-Delays sowie Ausfallzeiten.

Möchten Sie Jitter aktiv reduzieren oder sogar verhindern, bieten sich verschiedene Methoden an:

Beim sogenannten Buffering werden Datenpakete zunächst zwischengespeichert, bevor sie zur Zielquelle gelangen. Anwendungen und Dienste, die Datenpakete empfangen, erhalten diese somit in einem festgelegten Rhythmus aus dem Buffer, wodurch sich Delays, zeitliche Schwankungen und Abweichungen abmildern, ausgleichen oder eingrenzen lassen. Ein Jitter-Buffer wird auf Routern, in Netzwerken oder auf einem Switch eingesetzt.

Kabel und Switches älterer Jahrgänge können aufgrund einer schlechteren Leistungsfähigkeit Jitter verursachen. Grund dafür ist, dass ältere Ethernet-Kabel nur 125 MHz übertragen können. Ein Upgrade auf ein aktuelles Ethernet-Kabel kann die Übertragungsrate auf 250 MHz steigern.

Besonders große Updates, Aktualisierungen oder Upgrades von Programmen oder Betriebssystemen können zur Überlastung der Bandbreite und des Netzwerks führen. Die Folge ist ein Computer, der nicht mehr oder nur stark verzögert reagiert. Hier empfiehlt es sich, den Terminplaner von Betriebssystemen zu nutzen. Mit diesem lassen sich automatische Updates auf feste Tageszeiten legen, in denen Sie das jeweilige Gerät oder Netzwerk selten nutzen.

Anwendungen und Aktivitäten im Homeoffice oder im Büro, die nicht essenziell für die berufliche Arbeit sind, beeinträchtigen die Bandbreite. Dazu zählen u. a. Video-Streams und Online-Gaming. Unnötige Bandbreitennutzung sollte daher vor allem in arbeitsintensiven Zeitfenstern reduziert werden.

Jitter lässt sich reduzieren, indem Sie im Voraus stabile Übertragungsrouten festlegen und Datenverkehr bzw. Endgeräte für die Datenübertragung priorisieren.