Latenz einfach erklärt: Messung und Ursachen

Latenz bedeutet Verzögerung. Gemeint ist die Zeit zwischen einem Ereignis und dem Ereignis, das danach erwartet wird. Im Netz fragst du: Wie lange sind die Daten unterwegs? Eine solche Zeit kann man in Millisekunden (ms) angeben. Eine Millisekunde ist ein Tausendstel einer Sekunde. Statt Latenz sagt man auch Latenzzeit.

Ein Datenpaket ist ein kleines Stück Daten, das durch das Netz geschickt wird. Die Round Trip Time (RTT, auf Deutsch Paketumlaufzeit oder „Rundreisezeit“) ist die Zeit, die ein Datenpaket von der Quelle zum Ziel und zurück braucht. Sie ist die Summe aus Hinweg und Rückweg. Die Zeit nur für eine Richtung zu messen, ist schwerer, weil dafür beide Geräte eine abgestimmte Uhrzeit bräuchten. Die RTT braucht das nicht. Deshalb wird sie in der Praxis viel häufiger gemessen.

Das Werkzeug Ping prüft, ob ein bestimmter Rechner im Netzwerk erreichbar ist. Die meisten heutigen Ping-Programme zeigen auch eine Zeit an: Sie schicken ein Paket los und messen, bis die Antwort zurückkommt. Im Alltag sagt man deshalb oft einfach „Ping“ für die RTT.

Es gibt eine kleinstmögliche RTT. Dafür teilst du die Entfernung durch die Übertragungsgeschwindigkeit und rechnest mal zwei, weil das Paket hin und zurück läuft. Ein gemessener Ping-Wert kann höher sein. Er enthält nämlich mehr als die reine Laufzeit des Signals: auch die Verarbeitungszeit in den Routern auf dem Weg (Geräte, die Pakete weiterleiten) und die Verarbeitung im Absende- und im Zielrechner. Bei hoher Auslastung kommen Warteschlangen in den Routern dazu. Manchmal läuft eine Verbindung auch nicht auf dem direkten Weg.

Teile die RTT nicht einfach durch zwei, um die Zeit für eine Richtung zu bekommen. Hin- und Rückweg können unterschiedlich lang dauern, und der Rückweg muss nicht dieselbe Strecke nehmen. Außerdem wird Ping in vielen Netzen anders behandelt als üblicher Datenverkehr.

Latenz fragt: Wie lange dauert es? Die anderen drei Begriffe fragen etwas anderes.

Die Datenübertragungsrate (auch Datenrate) sagt, wie viele Daten in einer Zeitspanne über einen Übertragungskanal gehen. Sie wird in Bit pro Sekunde (bit/s) angegeben, zum Beispiel in kbit/s, Mbit/s oder Gbit/s. Ein Bit ist eine einzelne 0 oder 1. Die Datenrate ist nicht immer gleich. Sie hängt zum Beispiel von der Leitung und der Netzlast ab.

Manche sagen „Bandbreite“, wenn sie die Datenrate meinen. Das ist sprachlich nicht exakt. Fachlich ist die Bandbreite eine Kenngröße aus der Signalverarbeitung: der Abstand zwischen einer unteren und einer oberen Grenze im Frequenzbereich eines Kanals. Mehr über Frequenzen musst du hier nicht wissen. Für einen Übertragungskanal gilt aber: Je größer die Bandbreite, umso mehr Daten können pro Zeitspanne übertragen werden.

Der Durchsatz ist die Menge an Daten, die in einem bestimmten Zeitraum von einem Ort zum anderen transportiert wird. Beim Datendurchsatz zählen nur die reinen Nutzdaten. Bei der Datenübertragungsrate zählen auch eventuelle Steuerdaten mit.

Jitter beschreibt, wie stark die Laufzeit von Datenpaketen schwankt. Das stört vor allem bei Internetradio und Internettelefonie, weil Pakete zu spät oder zu früh eintreffen können. Ein Jitterbuffer (ein spezieller Datenpuffer) verringert den Effekt, kostet aber zusätzliche Laufzeit.

Eine Verzögerung kann mehrere Ursachen haben, die sich zusammensetzen. Man teilt Verzögerungen in vier Arten ein.

Die Ausbreitungsverzögerung entsteht, weil Signale für den Weg durch Leitungen oder Luft Zeit brauchen. Es gilt: Strecke im Medium geteilt durch Ausbreitungsgeschwindigkeit. Als Faustregel kann man 5 Mikrosekunden pro Kilometer annehmen. Tausend Mikrosekunden sind eine Millisekunde. Je weiter die Entfernung, desto größer dieser Anteil. Durch die Wahl einer anderen Strecke lässt er sich in Grenzen beeinflussen.

Die Verarbeitungsverzögerung ist die Zeit, die ein Gerät braucht, um das Signal weiterzuverarbeiten, zum Beispiel ein Router. Mit mehr Rechenleistung kann sie kleiner werden.

Die Serialisierungsverzögerung ist die Zeit, die nötig ist, um eine Dateneinheit komplett auf das Medium zu schicken. Es gilt: Datenmenge geteilt durch Datenrate.

Die algorithmische Verzögerung entsteht durch das Rechenverfahren (den Algorithmus), das zur Verarbeitung oder Übertragung verwendet wird. Sie ändert sich nur, wenn man das Verfahren ändert.

Dazu kommen Warteschlangen: Auf Verbindungen mit hoher Auslastung erhöhen sich die Zeiten durch Sendewarteschlangen in den Routern. Pakete müssen dann warten, bis sie an der Reihe sind. Auch ein Umweg verlängert die Zeit: So laufen manche Verbindungen von Europa nach Asien über die Vereinigten Staaten.