Definition

Latenz

Mitarbeiter: Matthew Haughn, Ed Blair

Latenz bezeichnet die Verzögerung zwischen der Eingabe in ein System und der erwünschten Ausgabe. Der Begriff wird je nach Kontext unterschiedlich verstanden. Zudem unterscheiden sich Latenzprobleme von einem System zum anderen.

Die Latenz hat großen Einfluss darauf, wie gut oder schlecht sich elektronische und mechanische Geräte zur Kommunikation nutzen lassen.

Die Latenz bei der Kommunikation lässt sich sehr anschaulich bei Live-Übertragungen von verschiedenen Punkten der Erde verdeutlichen, bei der das Signal auf dem Weg vom Sender zum Satelliten und vom Satelliten zum Empfänger jeweils eine gewisse Zeit lang unterwegs ist. Wenn sich Menschen aus großer Entfernung an einer solchen Live-Übertragung beteiligen, muss mit entsprechenden Wartezeiten bei den Antworten gerechnet werden. Diese Latenz ist die Wartezeit, die einerseits durch die geografischen Distanzen, andererseits aber auch durch die verschiedenen Schnittstellen der Kommunikationsgeräte entsteht, die das Signal durchläuft. Auch Lichtwellenleiter beziehungsweise Glasfaserkabel werden nicht nur durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt, sondern auch durch den Brechungsindex der Kabel sowie durch alle Repeater und Verstärker, die sie auf ihrem Weg durchlaufen und die zu Verzögerungen führen.

Arten der Latenz

Die Latenz von Netzwerken gibt an, wie viel Zeit ein Datenpaket benötigt, um von einem festgelegten Punkt zu einem anderen zu kommen. In manchen Umgebungen (zum Beispiel bei AT&T) wird die Latenz gemessen, in dem ein Paket gesendet und wieder zum Sender zurückgeschickt wird; die Zeit für Hin- und Rückweg wird als Latenz angesehen. Idealerweise liegt die Latenz so nahe bei Null wie möglich.

Folgende Dinge beeinflussen die Latenz eines Netzwerks:

  • Laufzeit: Dies ist einfach die Zeit, die ein Paket benötigt, um mit Lichtgeschwindigkeit von einem Ort zum anderen zu kommen.
  • Übertragung: Das Medium selbst (egal ob es sich um Lichtwellenleiter, drahtlose Übertragung oder ähnliches handelt) führt zu einer Verzögerung. Diese variiert von einem Medium zum anderen. Die Größe des Pakets führt bei einer Hin- und Rückübertragung ebenfalls zu einer Verzögerung. Es dauert beispielsweise länger ein großes Paket zu empfangen und zurückzusenden als ein kleineres. Auch wenn ein Signal von einem Repeater verstärkt werden muss, kann dies zu einer zusätzlichen Verzögerung führen. 
  • Router und andere Signalverarbeitung: Jeder Gateway-Node benötigt Zeit, um den Header eines Pakets zu untersuchen und gegebenenfalls zu verändern (zum Beispiel um den Hop-Zähler eines Time-To-Live Feldes anzupassen).
  • Andere Verzögerungen durch Computer und Speichergeräte: Innerhalb der Netzwerke auf beiden Seiten der Übertragung kann es zu Verzögerungen kommen, wenn für ein Paket ein Zugriff auf Festplatten oder andere Speichermedien erforderlich wird. Gleiches gilt für Schnittstellen in Form von Routern oder Bridges (auch wenn diese Art von Latenz in den Statistiken von Backbones wahrscheinlich nicht berücksichtigt wird).

Internetlatenz ist einfach ein spezieller Fall der Netzwerklatenz – das Internet ist letztlich nichts anderes als ein sehr großes Wide Area Network (WAN). Die gleichen Faktoren, die bereits oben genannt wurden, bestimmen auch die Latenz im Internet. Jedoch sind die zu überbrückenden Distanzen, die Anzahl der Hops über Server und Switches deutlich größer als in kleineren Netzwerken. Die Messung der Internetlatenz beginnt im Allgemeinen beim Verlassen des Netzwerks und endet dann, wenn die angeforderten Daten von der entsprechenden Internet-Ressource ankommen.

WAN-Latenz selbst kann ein wichtiger Faktor bei der Ermittlung der Internetlatenz sein. Ein WAN, das mit der Steuerung von anderem Datenverkehr beschäftigt ist, wird eine Verzögerung erzeugen, egal ob es sich um eine Anfrage eines Servers im gleichen Netzwerk handelt oder von einem anderen Gerät über das Internet. Anwender im LAN werden auch eine Verzögerung bemerken, wenn das WAN ausgelastet ist. In beiden genannten Beispielen würde die Verzögerung auch dann auftreten, wenn alle anderen Teilstücke – inklusive des Servers, auf dem die gewünschten Daten liegen – vollkommen verzögerungsfrei arbeiten.

Audio-Latenz bezeichnet die Zeitspanne zwischen der Erzeugung des Tons bis zu dem Zeitpunkt, an dem man ihn hört. Bei Tönen, die in der physikalischen Welt entstehen, ist die Verzögerung durch die Schallgeschwindigkeit festgelegt, die in Abhängigkeit von den Materialien variiert, die die Schallwellen durchqueren müssen. Schallwellen verbreiten sich schneller durch dichte Materialien. Sie verbreiten sich schneller durch feste Körper, langsamer durch Flüssigkeiten und am langsamsten durch Luft. Die Schallgeschwindigkeit basiert im Allgemeinen auf einer Messung in trockenem Klima bei Zimmertemperatur und beträgt 1235,5 km/h. In der Elektronik bezeichnet die Audio-Latenz die Verzögerung zwischen dem Audio-Eingang und dem Audio-Ausgang. Wie groß diese Verzögerung ist, hängt von der verwendeten Hardware und sogar der genutzten Software ab. Dazu zählen zum Beispiel das Betriebssystem und die Treiber bei computerbasierten Audio-Geräten. Latenzen von 30 Millisekunden werden von Zuhörern bewusst als Abweichung zwischen der Erzeugung des Tons und dem Eintreffen am eigenen Ohr wahrgenommen.

Sehen Sie hier ein Video, das die Messung der Audio-Latenz bei einem iOS-Gerät zeigt:

Operationale Latenz ist definiert als die zeitliche Summe aller Schritte, sofern diese in einer linearen Abfolge durchgeführt werden. Bei parallelen Arbeitsprozessen wird die Latenz auf Basis des langsamsten Arbeitsschrittes festgelegt, der von einem einzelnen durchgeführt wird.

Mechanische Latenz ist die Zeitspanne zwischen der Eingabe in ein mechanisches System oder Gerät bis zur gewünschten Ausgabe. Diese Verzögerung ist durch die von Newton beschriebenen physischen Grenzen der Mechanik begründet (eine Ausnahme bildet die Quantenmechanik). Ein Beispiel hierfür ist die Verzögerung beim Gangwechsel beziehungsweise Schaltvorgang zwischen der Betätigung des Schalthebels beziehungsweise des Getriebes bis zum eigentlichen Wechsel des Gangs.

Latenz von Computern und Betriebssystemen ist die kombinierte Verzögerung zwischen der Eingabe oder dem Kommando und der gewünschten Ausgabe. Bei Computersystemen wird der Begriff Latenz oft benutzt, um die Verzögerung beziehungsweise die Wartezeit zu beschreiben, wenn die reale oder subjektive Antwortzeit größer ist als erwartet. Zu den Verursachern dieser Computerlatenz zählen oft ein Missverhältnis bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit zwischen dem Prozessor und den Ein- und Ausgabegeräten, nicht ausreichende Zwischenspeicher für die Daten und die Leistungsfähigkeit der verwendeten Hardware sowie die installierten Treiber. Eine hohe Auslastung des Prozessors kann ebenfalls zu signifikanten Verzögerungen führen.

Aus der Perspektive des Anwenders werden Latenz-Probleme in der Regel als eine zeitliche Lücke zwischen einer Aktion und der zugehörigen Reaktion wahrgenommen. Ein gutes Beispiel hierfür sind 3D-Virtual-Reality-Simulationen, bei denen ein Helm-Display für die stereoskopische Darstellung verwendet wird. Dabei bezeichnet die Latenz die Verzögerung zwischen der Erkennung, dass eine Kopfbewegung stattgefunden hat, und der veränderten Darstellung auf dem Bildschirm des Helms. Bei vernetzten Multiplayer-Spielen über das Internet ist eine geringe Latenz die Voraussetzung für eine gute Spielbarkeit und optimalen Spielgenuss. Bei einer hohen Latenz ist eine optimale Steuerung des Spiels unmöglich, da der Spieler den Ereignissen im Spiel, die weiterhin in Echtzeit ablaufen, hinterherhinkt, da die Informationen seinen Computer nur mit Verzögerung erreichen.

Latenz-Probleme werden von den meisten Menschen wahrgenommen, sobald sie die Schwelle von 30 Millisekunden überschreiten. Im Allgemeinen steigt mit der Latenz die Frustration des Anwenders und beeinträchtigt auch seine Produktivität. Wie ernst dieser Effekt ist, variiert von einer Anwendung zur anderen. Gleiches gilt für mögliche Taktiken, die darauf abzielen, diese Folgen zu reduzieren. So können Spiele durchaus auch mit einer Latenz von zirka 90 Millisekunden gespielt werden, ohne dass der Spielspaß darunter leiden muss. Bei der Kommunikation kann die Latenz die Folge von hohem Datenverkehr, Hardware-Problemen, einer fehlerhaften Konfiguration oder Einstellung sein.

Latenz-Tests

Das Testen von Latenz kann von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich erfolgen. Bei einigen Anwendungen sind für die Messung der Latenz besondere und komplexe Geräte notwendig oder das Wissen um spezielle Computerbefehle und Programme; in anderen Fällen kann die Latenz einfach mit einer Stoppuhr ermittelt werden. Bei Netzwerken kann die Latenz für Server oder sonstige Geräte durch das Senden eines Pings ermittelt werden; Informationen über die Latenz zwischen den einzelnen Hops können mit Hilfe des Trace-Route-Kommandos gesammelt werden. Hochgeschwindigkeitskameras können eingesetzt werden, um die teilweise winzigen Unterscheide bei Antwortzeiten von verschiedenen mechanischen und elektronischen Systemen festzuhalten.

Reduzierung der Latenz

Um die Latenz eines Systems zu reduzieren, ist eine Kombination aus Tuning, Tweaking und dem Aufrüsten von Hardware und Software sowie der mechanischen Systeme erforderlich. In einem Computer kann die Latenz mit Hilfe von Techniken wie Prefetching (das heißt die Antizipation notwendiger Datenanforderungen) und Multithreading oder durch Parallelität über mehrere Ausführungs-Threads hinweg beseitigt oder verschleiert werden. Andere Wege, um die Latenz zu reduzieren und die Performance zu erhöhen, beinhalten die Deinstallation überflüssiger Programme, die Optimierung des Netzwerks und der Software-Konfiguration sowie den Austausch oder die Übertaktung von Hardware.

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Diese Definition wurde zuletzt im April 2016 aktualisiert

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