Jitter sieciowy: Jak testować, mierzyć i redukować jitter w VoIP

Jitter sieciowy jest frustrującym, ale powszechnym zjawiskiem i może stanowić różnicę między udaną rozmową telefoniczną Voice-over Internet Protocol (VoIP) a nieudaną. Dla firm uzależnionych od rozmów w celu pozyskania klientów lub utrzymania zdrowych relacji biznesowych, słaba jakość połączenia VoIP może mieć znaczący wpływ na satysfakcję klienta, możliwość zamknięcia sprzedaży i łatwość komunikacji między kluczowymi stronami. Podobnie jak komplikacje związane z wydajnością sieci, jitter sieci idzie w parze z opóźnieniem, latencją i utratą pakietów.

Dla administratora sieci, pomiar jittera sieci i wiedza jak przeprowadzić test ping jittera jest ważną częścią jego roli. Ten przewodnik pomoże Ci zrozumieć jitter w VoIP, co powoduje jitter, jak mierzyć opóźnienia i jitter w sieci oraz jak zredukować jitter w VoIP. Polecany jest również SolarWinds® VoIP & Network Quality Manager (VNQM) jako narzędzie do monitorowania jittera, a także przedstawia zarys najważniejszych funkcji tego oprogramowania (przejdź do opisu VNQM).

Co to jest jitter sieciowy?

Jitter sieciowy to przeciążenia generowane przez miliony połączeń internetowych – maleńkie pakiety danych próbujące korzystać z tej samej sieci IP – wszystkie aktywne jednocześnie. Jeśli wyobrazić sobie sieć IP jako drogę, jitter VoIP jest w istocie zatorem drogowym spowodowanym przez zbyt wiele samochodów.

Techniczna definicja jittera VoIP to zmienność w czasie opóźnienia sieci. Latencja z kolei definiowana jest jako czas potrzebny na przejście jednego pakietu danych wzdłuż jego trasy.

Ważne jest, aby zrozumieć znaczenie terminów „opóźnienie” i „utrata pakietów”, ponieważ będą one pojawiały się w tym przewodniku. Opóźnienie odnosi się do czasu, jaki zajmuje pakietowi podróżowanie z jednego punktu końcowego do drugiego, a utrata pakietów to niepowodzenie jednego lub więcej pakietów w dotarciu do miejsca przeznaczenia. Jitter jest również określany jako „zacinanie się” lub „ping spikes.”

Co powoduje Jitter?

Wysoki jitter VoIP jest jednym z najczęstszych powodów problemów z jakością połączeń VoIP. Jest on spowodowany podziałem informacji przechodzącej przez połączenie na pakiety: każdy pakiet może korzystać z innej trasy podróży pomiędzy nadawcą a odbiorcą, co oznacza, że pakiety kończą w tym samym miejscu, ale w innej kolejności niż pierwotnie zostały wysłane.

Wszyscy doświadczyliśmy jittera sieciowego. W praktyce, jitter sieciowy w rozmowie VoIP powoduje, że słowa i zdania stają się zniekształcone lub całkowicie znikają. Gdy jitter w VoIP jest szczególnie wysoki, jakość dźwięku VoIP może być tak zniekształcona, że komunikacja może stać się niemożliwa, a całe fragmenty rozmowy mogą zaginąć lub być niezrozumiałe.

Inne przyczyny niskiej jakości połączeń VoIP

Gdy już wiesz, co powoduje jitter, przyjrzyjmy się, co jeszcze może być przyczyną niskiej jakości połączeń VoIP. Rozpoznanie różnic pomiędzy poniższymi przyczynami pomoże Ci zidentyfikować, które z nich są odpowiedzialne za konkretne problemy VoIP, z jakimi boryka się Twoja firma.

VoIP Latency

VoIP latency jest częstą przyczyną niskiej jakości połączeń. Czasami nazywana opóźnieniem VoIP, latencja VoIP charakteryzuje się długością czasu potrzebnego na to, aby dźwięk wyszedł z ust głośnika i dotarł do ucha słuchacza. Możesz rozpoznać opóźnienie, jeśli kiedykolwiek słyszałeś echo podczas rozmowy telefonicznej VoIP lub brałeś udział w sesji wideo-rozmowy przez Skype’a, podczas której słowa, które słyszysz, nie są zsynchronizowane z ruchem warg rozmówcy.

W sieciach VoIP mogą wystąpić trzy rodzaje opóźnień:

1. Opóźnienia propagacyjne
2. Opóźnienia manipulacyjne
3. Opóźnienia kolejkowania

W sieciach komputerowych opóźnienie propagacyjne odnosi się do ilości czasu potrzebnego na przebycie drogi między nadawcą a odbiorcą. Opóźnienie jest obliczane jako stosunek, odwzorowujący długość łącza i prędkość propagacji na określonym medium. Matematycznie, ten rodzaj opóźnienia jest równy d/s, gdzie „s” to prędkość propagacji fali, a „d” to odległość.

Prędkość światła i elektronów podróżujących przez miedź lub światłowód odgrywa kluczową rolę w tworzeniu tego opóźnienia. Na przykład, sieć światłowodowa rozciągająca się na odległość 13 000 mil wygeneruje opóźnienie wynoszące 70 milisekund. Opóźnienie to jest generalnie niezauważalne dla ludzkiego ucha, ale w połączeniu z opóźnieniami obsługi, opóźnienia propagacyjne mogą powodować zauważalne problemy z jakością połączeń.

Opóźnienia obsługi to kolejne z najczęstszych opóźnień sieci VoIP. Opóźnienie obsługi jest spowodowane przez urządzenia przesyłające ramkę przez sieć i może mieć wpływ na standardowe sieci telefoniczne. W środowiskach pakietowych, opóźnienia te powodują znaczące problemy.

Ostatnie, są opóźnienia kolejkowania. Jeśli jest zbyt duże przeciążenie, kilka pakietów może zostać zatrzymanych w kolejce. Dzieje się tak, gdy więcej pakietów jest wysyłanych niż interfejs może zarządzać w danym czasie.

Złe połączenie internetowe

Przeciętny dostawca usług internetowych (ISP) ma na celu ułatwienie surfowania po sieci i niewiele więcej, ale transportowanie pakietów głosowych to inny proces. Jako takie, rozmowy VoIP wymagają pewnych protokołów internetowych, których Twój normalny ISP może Ci nie dawać.

Aby rozwiązać ten problem, firmy powinny rozważyć zmianę dostawcy na dostawcę klasy korporacyjnej, gotowego do obsługi VoIP. Alternatywnie, możesz porozmawiać ze swoim obecnym dostawcą Internetu, aby sprawdzić, czy oferuje on szybkie usługi internetowe klasy biznesowej.

Niewystarczający router

Jest to prawdopodobnie najczęstsza przyczyna problemów z jakością połączeń. Wiele firm korzysta ze swojego połączenia internetowego zarówno dla danych, jak i głosu, co nie jest koniecznie problemem, jeśli router może nadać priorytet ruchowi VoIP. Jeśli jednak priorytetyzacja pakietów nie jest skonfigurowana na routerze, na jakość połączeń VoIP mogą mieć wpływ inni użytkownicy sieci.

Jeśli, na przykład, jesteś w środku rozmowy, a inny użytkownik zaczyna pobierać duży plik, brak odpowiedniej priorytetyzacji pakietów może skutkować niską jakością połączenia. Routery VoIP są rozwiązaniem tego problemu, ponieważ nadają priorytet ruchowi głosowemu w stosunku do alternatywnego ruchu sieciowego.

Akceptowalny jitter VoIP i opóźnienia VoIP

Niewielka ilość jittera nie musi być problemem, ponieważ niskie poziomy jittera raczej nie będą miały zauważalnego wpływu na Twoją łączność. Mogą nawet wystąpić przypadki anomalnych wahań jittera, które są krótkotrwałe i niemożliwe do przewidzenia. W takich przypadkach jitter nie stanowi większego problemu.

Jeśli jitter ma wpływ na łączność, należy przeprowadzić test jittera sieciowego i określić, jaką ilość jittera jesteśmy w stanie zaakceptować. Chociaż nie ma konkretnej odpowiedzi na to pytanie, ogólnie przyjmuje się, że opóźnienie większe niż 30 milisekund prawdopodobnie spowoduje niską jakość połączenia, przerwanie połączenia i zniekształcenie głosu.

Typowo, opóźnienie mniejsze niż 30 milisekund nie spowoduje zauważalnego pogorszenia jakości dźwięku, podobnie jak mniej niż 1% utraty pakietów lub ogólne opóźnienie sieci mniejsze niż 150 milisekund. Przeprowadzenie testu ping jitter może pomóc w ustaleniu, czy jitter i latencja VoIP są na akceptowalnym poziomie.

Jak przeprowadzić test jittera sieciowego i zmierzyć jitter sieciowy

Aby zmierzyć jitter sieciowy, musisz poprawnie obliczyć średni czas opóźnienia między pakietami. Alternatywnie można zmierzyć zmienność pomiędzy bezwzględnymi opóźnieniami pakietów w sekwencyjnej komunikacji online. Sposób sprawdzania jittera będzie się różnił w zależności od rodzaju ruchu. Jeśli chodzi o ruch VoIP, metoda sprawdzania jittera będzie zależała od tego, czy ma się kontrolę nad jednym czy nad obydwoma punktami końcowymi.

Jeśli ma się kontrolę tylko nad jednym punktem końcowym, można wykonać test jittera metodą ping poprzez obliczenie średniego czasu round-trip i minimalnego czasu round-trip dla serii pakietów. Jeśli masz kontrolę nad obydwoma punktami końcowymi, możesz sprawdzić jitter za pomocą tak zwanego natychmiastowego pomiaru jittera – odnosi się to do zmian pomiędzy interwałami nadawania i odbierania dla pojedynczego pakietu. W tym przypadku, jitter jest obliczany jako średnia różnica pomiędzy chwilowymi pomiarami jittera, a średnim chwilowym jitterem podczas transmisji wielu pakietów.

Robienie tych obliczeń jako początkujący może wydawać się przytłaczające. Jeśli uważasz, że tak jest, test pasma jest inną realną metodą sprawdzenia jittera. Wykonując test pasma, możesz uzyskać wgląd w poziom jittera, z jakim boryka się Twoja sieć.

Jak zredukować jitter w VoIP

Teraz, gdy wiesz jak wykonać test jittera w sieci, musisz zrozumieć jak rozwiązać problem i zredukować jitter. Niestety, sam test ping jittera niekoniecznie ujawni pierwotną przyczynę jittera. W rzeczywistości wysoki poziom jitteru może być spowodowany wieloma czynnikami.

Jest kilka rzeczy, które można zrobić, aby zredukować jitter, ale czasami problem jitteru jest poza naszą kontrolą. Nawet przy najlepszych urządzeniach i konfiguracjach, jitter może być spowodowany słabymi usługami internetowymi.

Na przykład, jeśli mieszkasz w odległym miejscu, gdzie usługi internetowe są mniej rozpowszechnione, bardziej prawdopodobne jest, że doświadczysz jittera niż ktoś mieszkający w mieście. Chociaż oznacza to, że całkowite wyeliminowanie jittera może nie być możliwe, możesz go zredukować podejmując następujące kroki.

Wprowadzenie bufora jittera

Jitter może się bardzo różnić w stopniu, nawet w trakcie pojedynczego połączenia VoIP. Bufor jittera, czyli urządzenie instalowane w systemie VoIP, może w tym pomóc. Jeśli natężenie jittera przekracza akceptowalny próg, zaleca się wdrożenie bufora jittera, który przeciwdziała opóźnieniom i latencji.

Bufory jittera celowo opóźniają przychodzące pakiety głosowe i przechowują je przez krótki czas. Są one skonfigurowane tak, aby buforować ruch przez 30 do 200 milisekund, zanim zostanie on wysłany do użytkownika końcowego. Proces ten zapewnia, że pakiety danych docierają w kolejności i z minimalnym opóźnieniem.

Poprawnie zaimplementowany bufor jitter będzie reorganizował pakiety danych dotknięte opóźnieniami w transmisji. Te pakiety dźwiękowe będą następnie odtwarzane w ciągłym strumieniu, przez procesory konwertujące je z powrotem na dźwięk. Poprzez przechowywanie pakietów w odpowiedniej kolejności i retransmitowanie ich w równych odstępach czasu, bufor jitter może zapewnić, że docierają one w odpowiedniej kolejności i osiągnąć zauważalnie czystszą jakość połączeń VoIP.

Warto zauważyć, że zastosowanie bufora jitter nie załatwi wszystkiego. Podczas gdy buforowanie jittera poprawia jakość połączeń VoIP, zapewniając, że pakiety docierają w kolejności i z minimalnymi zakłóceniami, zwiększa ono również ogólne opóźnienie sieci. Dzieje się tak, ponieważ bufor jittera wstrzymuje ruch do 200 milisekund, dodając opóźnienia do usługi.

Kluczowym problemem związanym z używaniem buforów jittera jest to, że nie zajmują się one podstawową przyczyną problemu, a jedynie jego objawami. Aby całkowicie wyeliminować jitter w sieci, prawdopodobnie trzeba będzie zagłębić się w routerze. Dodanie nowych ustawień Quality of Service (QoS) jest zalecane: to pomoże Ci zacząć zajmować się źródłem problemów z jitterem, więc ogólny serwis może zostać poprawiony.

Priorytetyzacja pakietów

Priorytetyzacja pakietów odnosi się do ustawień QoS dających pewnym typom ruchu priorytet nad innymi, co zmniejsza zatory w sieci. Priorytetyzowany ruch będzie miał przywileje transmisji i będzie dostarczany w pierwszej kolejności, co jest skutecznym sposobem na podniesienie jakości połączeń VoIP, jeśli zatory są główną przyczyną wysokiego jittera.

Ruch, który zdecydujesz się traktować priorytetowo, będzie zależał od usługi, której jakość chcesz utrzymać lub podnieść. Zazwyczaj priorytetyzacja pakietów jest stosowana tylko wtedy, gdy usługa, którą próbujesz utrzymać, wymaga stałej wysokiej wydajności i ma krytyczne znaczenie dla twojej organizacji.

Jeśli zdecydujesz się na obsługę połączeń VoIP, musisz zapewnić, że wszystkie pakiety zawierające dane VoIP są traktowane priorytetowo w stosunku do innych rodzajów ruchu. Można to zrobić ustawiając łącze danych na „wysoki priorytet”, co zagwarantuje, że ruch VoIP będzie transmitowany przed wszystkim innym. Jeśli łącze danych jest przeciążone, ruch bez priorytetu będzie odrzucany przed ruchem z priorytetem.

Proces nadawania priorytetu ruchowi VoIP polega na nadawaniu priorytetu pakietom protokołu transportowego czasu rzeczywistego. Każdy router wymaga, abyś robił to w nieco inny sposób. Na przykład, jeśli masz router Linksys, należy przejść do widoku QoS web-interface i wprowadzić numery portów 5004 i 5005. Po ponownym uruchomieniu routera, pakiety protokołu transportowego czasu rzeczywistego będą miały pierwszeństwo.

Niezależnie od urządzenia, którego używasz, upewnij się, że ustawienia i konfiguracje są tak proste, jak to tylko możliwe, aby uniknąć problemów z błędną konfiguracją.

Test przepustowości

Test przepustowości jest świetnym sposobem na dowiedzenie się, czy wysoki jitter jest spowodowany przez dostawcę usług internetowych. Kiedy wykonujesz ten test, Twój komputer lub laptop powinien być podłączony bezpośrednio do modemu. Jeśli nie możesz tego zrobić, Twój dostawca usług internetowych może być w stanie rozwiązać problemy z jitterem w Twoim imieniu.

Jeśli wyniki tego testu są zadowalające, skontaktuj się z dostawcą systemu telefonicznego VoIP i poproś go o rozwiązanie problemu. Podobnie jak testy ping jitter, testy przepustowości są szybkim i stosunkowo łatwym sposobem dotarcia do źródła problemów z jitterem.

Inne środki wewnętrzne

Istnieje kilka innych środków wewnętrznych, które możesz podjąć w celu zmniejszenia jittera, z których najskuteczniejsze to:

• Sprawdź częstotliwość swojego urządzenia. Jeśli masz telefon z dostępem do Internetu, który działa na częstotliwości wyższej niż 2,4 GHz (co jest standardem), może to być przyczyną zakłóceń sieci. Podłączone telefony pracujące na częstotliwości do 5,8GHz mogą utrudniać próby zminimalizowania jittera.
• Zmień swój kabel Ethernet. Jeśli Twój kabel Ethernet wymaga modernizacji, może to przyczyniać się do wysokiego poziomu jittera. Zmiana kabla Ethernet jest prostym sposobem, aby to naprawić. Najnowsze kable Ethernet kategorii 6 są w stanie przesyłać dane z dwukrotnie większą prędkością niż starsze kable, więc prosta modernizacja może potencjalnie rozwiązać większość problemów z jitterem.
• Zminimalizuj niepotrzebne wykorzystanie przepustowości. Jeśli Twój zespół często wykorzystuje dużą część pasma do innych czynności, takich jak gry sieciowe lub strumieniowanie Netflix, ograniczenie korzystania z tych niezwiązanych z pracą nawyków w godzinach pracy może znacznie zmniejszyć zakłócenia jitter. Co więcej, planowanie aktualizacji poza godzinami pracy również zaoszczędzi pasmo, zachowując jakość niezbędnej komunikacji biznesowej.

Najlepsze narzędzie do monitorowania jittera

SolarWinds VoIP & Network Quality Manager jest narzędziem do monitorowania VoIP, zaprojektowanym, aby dać Ci dogłębny wgląd w krytyczne metryki QoS połączeń oraz dane dotyczące wydajności WAN. VNQM oferuje szereg wysoce zaawansowanych narzędzi, w tym rozwiązywanie problemów z jakością połączeń VoIP, monitorowanie sieci WAN w czasie rzeczywistym, monitorowanie bramy Cisco VoIP i pnia PRI, monitorowanie pnia Cisco SIP i CUBE oraz wizualne śledzenie ścieżki połączenia VoIP. Możliwości te wykraczają daleko poza testy ping jitter i monitoring jittera, dostarczając w pełni kompleksowe rozwiązanie.

VNQM, jak większość oprogramowania SolarWinds, jest zbudowany na platformie SolarWinds Orion® Platform, która pozwala na bezproblemową, skalowalną integrację różnych narzędzi. Jednym z czynników plasujących VNQM tak wysoko wśród najlepszych narzędzi do monitorowania jittera jest jego imponujące centrum dowodzenia, które SolarWinds nazywa Enterprise Operations Console (EOC). Konsola ta przyczynia się do tego, że VNQM spełnia wymagania klasy korporacyjnej, ponieważ zapewnia scentralizowany widok dla całego zespołu poprzez kompilację wszystkich kluczowych metryk w jednym miejscu.

EOC zbiera dane o wydajności z zainstalowanej bazy wielu serwerów SolarWinds i podsumowuje dane w łatwy do odczytania widok kompozytowy. Widżety obejmują stan platformy Orion, węzły przedsiębiorstwa, hosty, urządzenia sieciowe, aplikacje i wiele innych. Każdy widget może być edytowany i przesuwany w celu nadania priorytetu danym najbardziej istotnym i ważnym dla firmy.

Możliwości monitorowania jittera w sieci oferowane przez VNQM są dobrze zaprojektowane i rozbudowane. Obejmują one możliwość ścisłego monitorowania wszystkich połączeń VoIP i zapisów szczegółów połączeń (CDR), dzięki czemu można uzyskać dostęp do takich wskaźników, jak maksymalny i bieżący jitter. Dane te mogą pomóc w ocenie ogólnej wydajności i jakości ruchu VoIP.

VNQM obsługuje również wykrywanie węzłów z obsługą IP SLA, dzięki czemu można szybko i łatwo rozpocząć monitorowanie. Można monitorować utratę pakietów i opóźnienia, jitter sieciowy i opóźnienia sieciowe, wśród innych metryk, z których wszystkie bezpośrednio wpływają na zrozumienie jitteru sieciowego i pomagają w usunięciu jego pierwotnej przyczyny.

Aby zwiększyć możliwości monitorowania VoIP i wizualizacji wydajności, VNQM pozwala generować syntetyczny ruch VoIP. Pozwala to monitorować jakość sieci, gdy nie ma aktywnych połączeń, dzięki czemu można uzyskać wgląd w wydajność VoIP w symulowanym środowisku o niskim ryzyku.

VNQM pomaga również w planowaniu pojemności dla istniejących wdrożeń VoIP wielu producentów. Można nawet mierzyć jakość głosu przed rozpoczęciem nowych wdrożeń VoIP, a dzięki obsłudze Cisco CallManager monitorować rozwiązania telefonii IP firmy Cisco.

Monitorowanie CallManager to kolejna godna uwagi cecha VNQM. Oprogramowanie monitoruje status CallManagera, zarejestrowane telefony, bramy, urządzenia medialne i inne, a także odwołuje się do Cisco Management Information Base (MIB), aby zapewnić funkcje monitorowania IP SLA dla wszystkich urządzeń CallManager i CallManager Express. Dzięki pollingowi SNMP jest w stanie obserwować komponenty CallManagera i identyfikować ewentualne problemy konfiguracyjne i przerwy w działaniu usług. Ponadto, ponieważ VNQM wykorzystuje niestandardowe sondy MIB, jego możliwości obejmują także menedżery połączeń innych producentów.

Jedną z najlepszych cech narzędzia jest potężna możliwość wyszukiwania. VNQM pozwala na wyszukiwanie i filtrowanie wszystkich połączeń VoIP na podstawie danych o jitterze sieciowym przechowywanych w CDR-ach. Filtrowanie można zaimplementować w oparciu o najczęściej występujące kody błędów i metryki jakości połączeń, dzięki czemu można szybko zidentyfikować miejsca, w których jitter przekracza predefiniowane ograniczenia progowe.

VNQM upraszcza proces konfiguracji Cisco IP SLA na przełącznikach warstwy 3 i routerach Cisco. Możesz skonfigurować swoją sieć do ciągłego przechwytywania danych wydajności WAN, zapewniając szczytową wydajność VoIP i zabezpieczając wydajność innych aplikacji sieciowych.

VNQM oferuje również opcjonalną wysoką dostępność, funkcję SolarWinds zaprojektowaną w celu zapewnienia, że serwery Orion i ankieterzy w podsieciach pozostają dostępne w trybie 24/7. Chroni to Twoje środowisko monitorowania przed awariami O/S, problemami z łącznością sieciową, problemami z dostępnością baz danych i awariami aplikacji. Jest to potężna i wyrafinowana funkcja wyróżniająca VNQM spośród innych narzędzi do monitorowania jittera i VoIP.

Ogółem, SolarWinds VNQM dostarcza najwyższej jakości rozwiązanie do monitorowania jittera i szerszego monitoringu VoIP. Biorąc pod uwagę zakres i zaawansowanie funkcji, w połączeniu z przyjaznym interfejsem użytkownika, nie jest zaskoczeniem, że VNQM jest jednym z najbardziej popularnych rozwiązań monitorujących na rynku. Dostępna jest 30-dniowa bezpłatna wersja próbna.