Zpoždění sítě: Jak testovat, měřit a snižovat jitter ve VoIP

Jitter v síti je frustrující, ale běžný jev, který může znamenat rozdíl mezi úspěšným a neúspěšným telefonním hovorem přes internet (VoIP). Pro společnosti, které jsou závislé na hovorech při získávání zákazníků nebo udržování zdravých obchodních vztahů, může mít nekvalitní hovor VoIP významný dopad na spokojenost zákazníků, schopnost uzavřít prodej a snadnou komunikaci mezi klíčovými stranami. Stejně jako komplikace s výkonem sítě jde i síťový jitter ruku v ruce se zpožděním, latencí a ztrátou paketů.

Pro správce sítě je měření síťového jitteru a znalost provádění testu ping jitteru důležitou součástí jeho role. Tento průvodce vám pomůže porozumět jitteru VoIP, zjistit, co jitter způsobuje, jak měřit zpoždění a jitter sítě a jak jitter ve VoIP snížit. Doporučí také software SolarWinds® VoIP & Network Quality Manager (VNQM) jako nástroj pro monitorování jitteru a poskytne přehled nejvýznamnějších funkcí tohoto softwaru (přejděte na popis VNQM).

Co je to síťový jitter?

Síťový jitter je přetížení generované miliony internetových připojení – malými datovými pakety, které se snaží využívat stejnou síť IP – všechny aktivní současně. Pokud si síť IP představíte jako silnici, je jitter VoIP v podstatě přetížení silnice způsobené příliš velkým počtem aut.

Technická definice jitteru VoIP je proměnlivost latence sítě v čase. Zpoždění je zase definováno jako doba, za kterou jeden datový paket projde svou trasu.

Je důležité pochopit význam pojmů „zpoždění“ a „ztráta paketů“, protože tyto pojmy se budou v této příručce objevovat. Zpoždění znamená, jak dlouho trvá cesta paketu z jednoho koncového bodu do druhého, a ztráta paketů je selhání jednoho nebo více paketů při cestě do cíle. Jitter se také označuje jako „zadrhávání“ nebo „hroty pingu“.

Co způsobuje jitter?

Vysoký jitter VoIP je jednou z nejčastějších příčin problémů s kvalitou hovorů VoIP. Je způsoben rozdělením informací procházejících hovorem do paketů: každý paket může pro cestu mezi odesílatelem a příjemcem použít jinou trasu, což znamená, že pakety skončí na stejném místě, ale v jiném pořadí, než byly původně odeslány.

Všichni jsme se setkali s jitterem sítě. V praxi dochází k tomu, že se při hovoru VoIP zkreslují slova a věty nebo zcela chybí. Pokud je jitter VoIP obzvláště vysoký, může být kvalita zvuku VoIP tak zkreslená, že komunikace může být nemožná a celé části hovoru mohou chybět nebo být neinterpretovatelné.

Další příčiny nízké kvality hovoru VoIP

Když už víte, co způsobuje jitter, podívejme se, co dalšího může způsobovat nízkou kvalitu hovoru VoIP. Rozpoznání rozdílů mezi následujícími příčinami vám pomůže určit, které z nich jsou zodpovědné za konkrétní problémy VoIP, s nimiž se vaše firma potýká.

Zpoždění VoIP

Zpoždění VoIP je běžnou příčinou nízké kvality hovoru. Latence VoIP, někdy nazývaná zpoždění VoIP, je charakterizována dobou, za kterou se zvuk dostane z úst mluvčího k uchu posluchače. Zpoždění možná poznáte, pokud jste někdy slyšeli ozvěnu při telefonním hovoru VoIP nebo jste se účastnili videochatu přes Skype, kdy slova, která slyšíte, nejsou synchronizována s pohybem rtů mluvčího.

V sítích VoIP se pravděpodobně vyskytují tři typy zpoždění:

1. Zpoždění šíření
2. Zpoždění manipulace
3. Zpoždění řazení

V počítačových sítích se zpožděním šíření označuje doba, kterou potřebuje hlava signálu na cestu mezi odesílatelem a příjemcem. Zpoždění se počítá jako poměr, který mapuje délku spoje a rychlost šíření po určitém médiu. Matematicky se tento typ zpoždění rovná d/s, kde „s“ je rychlost šíření vln a „d“ je vzdálenost.

Klíčovou roli při vytváření tohoto zpoždění hraje rychlost světla a elektronů procházejících mědí nebo vláknem. Například síť optických vláken o délce 13 000 mil by vytvořila zpoždění 70 milisekund. Toto zpoždění je obecně pro lidské ucho nepostřehnutelné, ale v kombinaci se zpožděním při manipulaci může zpoždění šíření způsobit znatelné problémy s kvalitou hovoru.

Zpoždění při manipulaci je dalším z nejčastějších zpoždění sítě VoIP. Manipulační zpoždění je způsobeno zařízeními, která přeposílají rámec přes síť, a může mít dopad na standardní telefonní sítě. V prostředí s paketovou komunikací způsobují tato zpoždění značné problémy.

Naposledy jsou to zpoždění při řazení do fronty. Pokud dojde k příliš velkému přetížení, může se stát, že se ve frontě zdrží několik paketů. K tomu dochází, když je odesláno více paketů, než je rozhraní schopno v daném okamžiku zvládnout.

Slabé internetové připojení

Průměrný poskytovatel internetových služeb (ISP) má za cíl usnadnit surfování po internetu a nic moc jiného, ale přenos hlasových paketů je jiný proces. Hovory VoIP proto vyžadují určité internetové protokoly, které vám váš běžný poskytovatel internetu nemusí poskytnout.

Chcete-li tento problém napravit, měly by podniky zvážit změnu poskytovatele internetu na podnikovou úroveň, který je připraven na VoIP. Případně se můžete obrátit na svého stávajícího poskytovatele internetu a zjistit, zda nabízí vysokorychlostní internetové služby podnikové třídy.

Nedostatečný směrovač

Jedná se o pravděpodobně nejčastější příčinu problémů s kvalitou hovorů. Mnoho podniků používá své internetové připojení jak pro data, tak pro hlas, což nemusí být nutně problém, pokud router dokáže upřednostnit VoIP provoz. Pokud však ve směrovači není nakonfigurována priorita paketů, je pravděpodobné, že kvalitu hovorů VoIP ovlivní jiní uživatelé sítě.

Pokud jste například uprostřed hovoru a jiný uživatel začne stahovat velký soubor, může absence vhodné priority paketů způsobit špatnou kvalitu hovoru. Řešením tohoto problému jsou směrovače VoIP, protože upřednostňují hlasový provoz před alternativním síťovým provozem.

Přijatelný jitter VoIP a zpoždění VoIP

Malý jitter nemusí nutně představovat problém, protože nízká úroveň jitteru pravděpodobně nebude mít znatelný dopad na vaše připojení. Mohou se dokonce vyskytnout případy anomálních výkyvů jitteru, které jsou krátkodobé a nelze je předvídat. V těchto případech není jitter velkým problémem.

Pokud má jitter vliv na vaši konektivitu, pak budete chtít provést test jitteru sítě a určit, jaké množství jitteru sítě jste ochotni akceptovat. Přestože na tuto otázku neexistuje konkrétní odpověď, obecně se má za to, že zpoždění větší než 30 milisekund bude mít pravděpodobně za následek špatnou kvalitu hovoru, přerušení hovoru a zkreslení hlasu.

Typicky zpoždění menší než 30 milisekund nezpůsobí znatelné zhoršení kvality zvuku, stejně jako méně než 1% ztráta paketů nebo celková latence sítě menší než 150 milisekund. Provedení testu jitteru ping vám pomůže zjistit, zda jsou jitter a latence VoIP na přijatelné úrovni.

Jak provést test jitteru sítě a změřit jitter sítě

Chcete-li změřit jitter sítě, musíte správně vypočítat průměrnou dobu zpoždění mezi pakety. Případně můžete změřit odchylky mezi absolutními zpožděními paketů při sekvenční online komunikaci. Způsob kontroly jitteru se bude lišit podle typu provozu. Pokud jde o provoz VoIP, způsob kontroly jitteru bude vycházet z toho, zda máte kontrolu nad jedním nebo oběma koncovými body.

Pokud máte kontrolu pouze nad jedním koncovým bodem, můžete provést test ping jitteru tak, že pro sérii paketů zjistíte průměrnou dobu přenosu a minimální dobu přenosu. Pokud máte kontrolu nad oběma koncovými body, můžete zkontrolovat jitter pomocí takzvaného okamžitého měření jitteru – to se týká změny mezi intervaly vysílání a příjmu jednoho paketu. V tomto případě se jitter vypočítá jako průměrný rozdíl mezi měřením okamžitého jitteru a průměrným okamžitým jitterem při přenosu více paketů.

Provádění těchto výpočtů může být pro začátečníka zdrcující. Pokud se vám to zdá, je další použitelnou metodou kontroly jitteru testování šířky pásma. Provedením testu šířky pásma získáte přehled o úrovni jitteru, se kterým se vaše síť potýká.

Jak snížit jitter ve VoIP

Teď, když víte, jak provést test jitteru sítě, musíte pochopit, jak odstranit potíže a snížit jitter. Bohužel samotný test jitteru pingem nemusí nutně odhalit hlavní příčinu jitteru. Ve skutečnosti může být vysoká úroveň jitteru způsobena více faktory.

Existuje několik věcí, které můžete udělat pro snížení jitteru, ale někdy je problém jitteru mimo vaši kontrolu. I při nejlepším vybavení a konfiguraci může být jitter způsoben špatnými internetovými službami.

Příklad pokud žijete v odlehlé lokalitě, kde jsou internetové služby méně rozšířené, je pravděpodobnost výskytu jitteru vyšší než u někoho, kdo žije ve městě. To sice znamená, že úplné odstranění jitteru nemusí být možné, přesto jej můžete omezit následujícími kroky.

Nasadit vyrovnávací paměť jitteru

Jitter se může velmi lišit v míře, a to i v průběhu jednoho hovoru VoIP. S tím může pomoci vyrovnávací paměť jitteru, což je zařízení nainstalované v systému VoIP. Pokud míra jitteru přesahuje přijatelnou mez, doporučujeme nasadit vyrovnávací paměť jitteru, která počítá zpoždění a latenci.

Vyrovnávací paměť jitteru cíleně zpožďuje příchozí hlasové pakety a ukládá je na krátkou dobu. Jsou nakonfigurovány tak, aby provoz vyrovnávaly po dobu 30 až 200 milisekund, než je provoz odeslán dál ke koncovému uživateli. Tento proces zajišťuje, že datové pakety dorazí v pořádku a s minimálním zpožděním.

Správně implementovaná vyrovnávací paměť jitter reorganizuje datové pakety ovlivněné zpožděním přenosu. Tyto zvukové pakety se pak budou přehrávat v souvislém proudu prostřednictvím procesorů, které je převedou zpět na zvuk. Ukládáním paketů ve správném pořadí a jejich opětovným odesíláním v rovnoměrně rozložených intervalech může vyrovnávací paměť jitteru zajistit, že dorazí ve správném pořadí, a dosáhnout znatelně čistší kvality hovoru VoIP.

Je třeba poznamenat, že použití vyrovnávací paměti jitteru nevyřeší vše. Vyrovnávací paměť jitter sice zlepšuje kvalitu hovorů VoIP, protože zajišťuje, aby pakety přicházely v pořadí a s minimálním zkreslením, ale zároveň zvyšuje celkové zpoždění sítě. Je to proto, že vyrovnávací paměť jitteru zadržuje provoz až po dobu 200 milisekund, čímž zvyšuje zpoždění služby.

Klíčovým problémem používání vyrovnávací paměti jitteru je, že neřeší hlavní příčinu problému, ale pouze jeho příznaky. Chcete-li jitter sítě zcela odstranit, budete pravděpodobně muset sáhnout hluboko do svého směrovače. Doporučujeme přidat nové nastavení kvality služeb (QoS): to vám pomůže začít řešit příčinu problémů s jitterem, abyste mohli zlepšit celkové služby.

Prioritizace paketů

Prioritizace paketů označuje nastavení QoS, které dává určitým typům provozu přednost před jinými, což snižuje přetížení sítě. Prioritizovaný provoz bude mít přenosová práva a bude doručen jako první, což je účinný způsob, jak zvýšit kvalitu hovorů VoIP, pokud je přetížení hlavní příčinou vysokého chvění.

Provoz, který se rozhodnete upřednostnit, bude záviset na tom, jakou kvalitu služby chcete zachovat nebo zvýšit. Obvykle se prioritizace paketů využívá pouze v případě, že služba, kterou se snažíte udržet, vyžaduje stálý vysoký výkon a má pro vaši organizaci zásadní význam.

Pokud se rozhodnete podporovat hovory VoIP, pak budete muset zajistit, aby všechny pakety obsahující data VoIP měly přednost před ostatními typy provozu. Toho můžete dosáhnout nastavením datové linky na „vysokou prioritu“, což zaručí, že provoz VoIP bude přenášen před vším ostatním. Pokud bude datový spoj přetížen, bude provoz bez priority zahozen před provozem s prioritou.

Proces upřednostňování provozu VoIP zahrnuje upřednostňování paketů transportního protokolu v reálném čase. Každý směrovač to bude vyžadovat trochu jiným způsobem. Například pokud máte směrovač Linksys, přejdete do zobrazení QoS webového rozhraní a zadáte čísla portů 5004 a 5005. V případě, že máte směrovač Linksys, přejdete do zobrazení QoS webového rozhraní a zadáte čísla portů 5004 a 5005. Po restartování směrovače by měly přednost pakety transportního protokolu v reálném čase.

Ať už používáte jakékoliv zařízení, ujistěte se, že nastavení a konfigurace jsou co nejjednodušší, abyste předešli problémům s chybnou konfigurací.

Test šířky pásma

Test šířky pásma je skvělý způsob, jak zjistit, zda je vysoké chvění způsobeno poskytovatelem internetových služeb. Při provádění tohoto testu by měl být váš počítač nebo notebook připojen přímo k modemu. Pokud to nelze provést, může poskytovatel internetového připojení vyřešit problémy s jitterem za vás.

Jsou-li výsledky tohoto testu uspokojivé, obraťte se na poskytovatele telefonního systému VoIP a požádejte ho o vyřešení problému. Stejně jako testy jitteru ping jsou testy šířky pásma rychlým a relativně snadným způsobem, jak se dostat k příčině problémů s jitterem.

Další interní opatření

Existuje několik dalších interních opatření, která můžete přijmout ke snížení jitteru, mezi nejúspěšnější z nich patří následující:

• Zkontrolujte frekvenci vašeho zařízení. Pokud máte internetový telefon a pracuje na vyšší frekvenci než 2,4 GHz (což je standard), může to způsobovat rušení sítě. Připojené telefony pracující na frekvenci až 5,8 GHz mohou bránit vašim pokusům o minimalizaci jitteru.
• Vyměňte ethernetový kabel. Pokud váš ethernetový kabel vyžaduje modernizaci, může to přispívat k vysoké úrovni jitteru. Výměna ethernetového kabelu představuje snadný způsob nápravy. Nejnovější ethernetové kabely kategorie 6 jsou schopny přenášet data dvojnásobnou rychlostí než starší kabely, takže jednoduchý upgrade může potenciálně vyřešit většinu vašich problémů s jitterem.
• Minimalizujte zbytečné využívání šířky pásma. Pokud váš tým často využívá velkou šířku pásma k nedůležitým činnostem, jako je hraní síťových her nebo streamování na Netflixu, omezení používání těchto návyků nesouvisejících s prací během pracovní doby by mohlo výrazně snížit jitter. Plánování aktualizací na dobu mimo pracovní dobu navíc také ušetří šířku pásma a zachová kvalitu důležité firemní komunikace.

Nejlepší nástroj pro monitorování jitteru

SolarWinds VoIP & Network Quality Manager je nástroj pro monitorování VoIP navržený tak, aby vám poskytl hloubkový pohled na kritické metriky QoS hovorů a údaje o výkonu sítě WAN. VNQM obsahuje řadu vysoce pokročilých nástrojů, včetně řešení problémů s kvalitou volání VoIP, monitorování sítě WAN v reálném čase, monitorování brány Cisco VoIP a trunku PRI, monitorování trunků Cisco SIP a CUBE a vizuálního sledování trasy volání VoIP. Tyto funkce dalece přesahují testy ping jitteru a monitorování jitteru a poskytují plně komplexní řešení.

VNQM je stejně jako většina softwaru od společnosti SolarWinds postaven na platformě SolarWinds Orion®, která umožňuje bezproblémovou a škálovatelnou integraci různých nástrojů. Jedním z faktorů, které řadí VNQM tak vysoko mezi nejlepší nástroje pro monitorování jitteru, je jeho působivé podnikové řídicí centrum, které SolarWinds nazývá Enterprise Operations Console (EOC). Tato konzola přispívá k vhodnosti VNQM pro požadavky podnikové třídy, protože poskytuje centralizovaný přehled pro celý tým tím, že shromažďuje všechny klíčové metriky na jednom místě.

EOC shromažďuje data o výkonu z instalované základny mnoha serverů SolarWinds a shrnuje data do přehledného složeného zobrazení. Widgety zahrnují stav webu platformy Orion, podnikových uzlů, hostitelů, síťových zařízení, aplikací a mnoho dalšího. Každý widget lze upravovat a přesouvat tak, aby upřednostňoval data, která jsou pro vaši firmu nejdůležitější a nejrelevantnější.

Možnosti monitorování chvění sítě, které nabízí VNQM, jsou dobře navržené a rozsáhlé. Zahrnují možnost podrobného sledování všech hovorů VoIP a záznamů podrobností o hovorech (CDR), takže máte přístup k metrikám, jako je maximální jitter a aktuální jitter. Tyto údaje vám pomohou posoudit celkový výkon a kvalitu provozu VoIP.

VNQM také podporuje zjišťování uzlů s podporou IP SLA, takže můžete snadno a rychle zahájit monitorování. Můžete sledovat ztrátu a zpoždění paketů, jitter sítě a zpoždění sítě, mimo jiné metriky, které přímo informují o pochopení jitteru sítě a pomáhají vám odstranit hlavní příčinu.

Pro rozšíření možností monitorování VoIP a vizualizace výkonu vám VNQM umožňuje generovat syntetický provoz VoIP. Díky tomu můžete sledovat kvalitu sítě v době, kdy neprobíhají žádné aktivní hovory, a získat tak přehled o výkonu VoIP v simulovaném prostředí s nízkým rizikem.

VNQM také pomáhá při plánování kapacity stávajících nasazení VoIP od více dodavatelů. Můžete dokonce měřit kvalitu hlasu před novým nasazením VoIP a díky hotové podpoře aplikace Cisco CallManager monitorovat řešení IP telefonie Cisco.

Monitorování aplikace CallManager je další významnou funkcí VNQM. Software monitoruje stav CallManageru, registrovaných telefonů, bran, mediálních zařízení a dalších zařízení a odkazuje na databázi informací o správě Cisco (MIB), aby poskytl funkce monitorování IP SLA pro všechna zařízení CallManager a CallManager Express. Díky dotazování SNMP je schopen sledovat komponenty CallManageru a identifikovat případné problémy s konfigurací a výpadky služeb. Protože VNQM navíc používá vlastní dotazovače MIB, rozšiřují se jeho možnosti i na správce hovorů poskytované jinými výrobci.

Jednou z nejlepších funkcí nástroje je výkonná možnost vyhledávání. VNQM umožňuje vyhledávat a filtrovat všechna volání VoIP podle údajů o síťovém jitteru uložených v CDR. Filtrování lze zavést na základě nejběžnějších chybových kódů a metrik kvality volání, takže můžete rychle zjistit, kde jitter překračuje předem definovaná prahová omezení.

VNQM zjednodušuje proces nastavení Cisco IP SLA na přepínačích 3. vrstvy a směrovačích Cisco. Síť můžete nakonfigurovat tak, aby nepřetržitě zachycovala údaje o výkonu WAN, čímž zajistíte špičkový výkon VoIP a zabezpečíte výkon ostatních síťových aplikací.

VNQM také nabízí volitelnou vysokou dostupnost, což je funkce SolarWinds navržená tak, aby zajistila nepřetržitou dostupnost serverů Orion a dotazovačů v podsítích. To chrání vaše monitorovací prostředí před haváriemi operačního systému, problémy se síťovým připojením, problémy s dostupností databáze a selháním aplikací. Jedná se o výkonnou a sofistikovanou funkci, která VNQM odlišuje od ostatních nástrojů pro monitorování jitteru a monitorování VoIP.

Celkově SolarWinds VNQM poskytuje řešení pro monitorování jitteru a širší monitorování VoIP nejvyšší kvality. Vzhledem k rozsahu a propracovanosti funkcí v kombinaci s uživatelsky přívětivým rozhraním není divu, že VNQM patří mezi nejoblíbenější monitorovací řešení na trhu. K dispozici je 30denní zkušební verze zdarma.