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gna

Bufferbloat bei Unitymedia

Hallo zusammen,
mein Vater hat seit gestern Unitymedia (120Mb/s down; 6Mb/s up) und ich wollte mal fragen, ob es schon Informationen zum Thema Bufferbloat gibt. Ich habe keine gefunden.
Bei meiner Leitung ist es definitiv ein Problem das volle Volumen im Down- oder Upstream zu nutzen.
Kurzzusammenfassung Bufferbloat (ausführlicher englischer Link am Ende): Bufferbloat entsteht, wenn die Bandbreite voll ausgelastet wird und gleichzeitig eine Netzwerkkomponente große Puffer vorhält. Um diesen Puffer verzögert sich das Paket, da ja hinten in den Puffer ebensoschnell geschrieben wird, wie vorne aus dem Puffer gelesen wird. Lösen lässt es sich, indem kleinere Puffer verwendet werden. Im Extemfall kann das bis zu mehreren Sekunden gehen, was für die meisten Echtzeitanwendungen der Tod ist (Sitzungen brechen zusammen; Spiele und Skype sind gestört oder stark negativ beeinflusst).
Ich würde gerne fragen, ob es schon an anderer Stelle Erfahrungen oder Dokumentation bezüglich Bufferbloat bei Unitymedia gibt. Grundsätzlich sollte Unitymedia eigentlich einer der besten Anbieter im deutschen Raum sein: http://www.dslreports.com/speedtest/results/isp/r4064-unitymedia?further=1
Zahlen Daten Fakten:
Mein Resultat der Messung auf Bufferbloat: http://www.dslreports.com/speedtest/4576990
Währenddessen habe ich mal mehrere TCP Traceroute's auf unitymedia.de laufen lassen und wie man sieht ist das Problem in 172.30.9.221; bzw. dem Schritt zwischen der Fritzbox und dieser Kiste:
|------------------------------------------------------------------------------------------|
| WinMTR statistics |
| Host - % | Sent | Recv | Best | Avrg | Wrst | Last |
|------------------------------------------------|------|------|------|------|------|------|
| fritz.box - 0 | 97 | 97 | 0 | 0 | 2 | 1 |
| 172.30.9.221 - 0 | 97 | 97 | 11 | 75 | 769 | 11 |
| 172.30.9.220 - 0 | 97 | 97 | 12 | 77 | 771 | 17 |
| de-fra01b-rc1-ae0-0.aorta.net - 0 | 97 | 97 | 24 | 97 | 789 | 47 |
| No response from host - 100 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| nl-ams02a-ra5-be-100-2483.aorta.net - 0 | 97 | 97 | 22 | 87 | 786 | 29 |
| sales.upc-cablecom.ch - 0 | 97 | 97 | 22 | 86 | 779 | 26 |
|________________________________________________|______|______|______|______|______|______|
WinMTR v0.92 GPL V2 by Appnor MSP - Fully Managed Hosting & Cloud Provider
Fritzbox Version: FRITZ!Box 6490 Cable (lgi) - FRITZ!OS:06.50
Context Bufferbloat: https://www.bufferbloat.net/projects/bloat/wiki/Introduction/
EDIT1: Messung incl. Downstream gemacht.
EDIT2: Fritzbox Variante eingefügt.
Speichern Abbrechen
9 Kommentare
2016-08-01T11:09:15Z
  • Montag, 01.08.2016 um 13:09 Uhr
Hallo gna,
bei Unitymedia gibts seit 2013 für Privatkunden nur noch IPv6-Anschlüsse mit DSlite. Das heißt, du hast keine eigene IPv4-Adresse, sondern IPv4-Anfragen werden über DSlite von Unitymedia getunnelt. Daher wirst du bei IPv4 nie die volle Bandbreite erhalten.
Probiere das ganze mal mit IPv6, dann sieht die Sache bestimmt anders aus.
Torsten
2016-08-01T13:39:05Z
  • Montag, 01.08.2016 um 15:39 Uhr
Hallo Thorsten,
Danke für deine Antwort.
Ich bin erst nächstes Wochenende vor Ort und kann das nicht direkt nachstellen.

Angekommen deine Theorie ist korrekt und der Puffer im ipv6 Stack wäre kleiner, so wäre doch das Problem weiterhin für den ipv4 Anteil des Traffics akut. Und das ist weithin eine ganz Menge.

Dadurch lässt sich das Problem so nicht lösen.

Viele Grüße
GNA
2016-08-01T13:44:43Z
  • Montag, 01.08.2016 um 15:44 Uhr
Von diesem "Problem" höre ich zum allerersten Mal.

Und verstanden habe ich es ehrlich gesagt noch nicht.
2016-08-01T17:14:30Z
  • Montag, 01.08.2016 um 19:14 Uhr
Hallo Olli,

vielen Dank das du direkt und ehrlich zu mir bist Zugegebenermaßen weiß ich selbst erst davon seit ich bei der Telefonica selbst ein massives Problem damit hatte (TCP Timeout).

Die einfachste Erklärung ist, du probierst es selbst aus: http://speedtest.dslreports.com/

Die Theorie dazu:
Deine Netzwerkanbindung wird komplett ausgelastet (Download oder Upload). Währenddessen wird deine Latenz gemessen. Vervielfacht sich diese während der Messung, so liegt dies an einem Bufferbloat genannten Phänomen zu großer Puffer.

Konkret geht es dabei darum, das der vollständig gefüllte Puffer diese Pakete um die Größe des Puffers verzögert, da ja vorne gelesen und hinten sofort wieder hineingeschrieben wird. Der größte Puffer in der Kette ist bestimmt die Stärke des Phänomens [ TCP Timeout > Echtzeitanwendungen funktionieren schlecht bis nicht > Ping steigt ein wenig ]. Frei übersetzt steht es für aufgedunsenen Puffer, da der Puffer deutlich größer ist, als gut wäre.

Viele Grüße
GNA

EDIT1: falsch geschriebene Intensität ersetzt.
2016-08-01T21:36:24Z
  • Montag, 01.08.2016 um 23:36 Uhr
Hallo gna,
du wirst dieses Problem bei dem Anschluss mit IPv4 definitiv nicht in den Griff bekommen, da nur ein reiner IPv6-Anschluss vorliegt und der IPv4-Traffic wie bereits erwähnt über ein ISP-NAT getunnelt wird.
Und ich wage mal die Vermutung, daß dir hier in Deutschland kein ISP bei einem Privatkundenanschluss entgegenkommen wird, wenn die Mindestgeschwindigkeit erreicht wird (75% der gebuchten Leistung muß ankommen). Vom Upload her hast du bei UM noch deutlich mehr als bei klassischen DSL-Leitungen, die meist bei 1-2,5 Mbit/s rumdümpeln.
Torsten
2016-08-02T09:19:05Z
  • Dienstag, 02.08.2016 um 11:19 Uhr
Ein paar Hintergrund-Infos:

Jedes aktive Netzwerkgerät (ab etwa der Klasse Switch) hat heutzutage Paketpuffer. Das liegt ursprünglich daran, dass die Geräte in der Regel mehr als einen Eingang und Ausgang haben. Auf einem Kanal kann aber immer nur ein Packet gleichzeitig gesendet werden, also müssen mehrere gleichzeitig eintreffende Packete (von unterschiedlichen Eingängen) gepuffert werden, wenn sie an den gleichen Ausgang gesendet werden sollen.

Puffer sind auch kein Problem, solange der eingehende Traffic die Kapazität der Ausgänge nicht übersteigt. Dann gibt es nur minimale Verzögerungen, weil genug freie Bandbreite zur Verfügung steht, um die Puffer schnell zu leeren.

Zwischen der Quelle und dem Ziel einer Datenübertragung liegen ein ganzer Haufen Geräte, die alle mit Paketpuffern ausgestattet sind. Eine Überlastung eines dieser Geräte führt dann schon zu steigenden Paketlaufzeiten auf der gesamten Strecke.
IdR ist es jedoch so, dass die verfügbare Bandbreite an allen Komponenten des Weges überdimensioniert ist - mit Ausnahme der tatsächlichen Anschlussleitung des Kunden, die stattdessen hart limitiert ist.

Geräte, die Pakete weiterleiten, verhalten sich meistens so: Ein Paket, welches komplett verfügbar ist, wird auch sofort (weiter) gesendet. Dadurch entsteht der Stau erst bei dem Gerät, welches die Anschlussleitung des Kunden bedient. Wenn dieses Gerät (z.B. ein DSLAM oder ein CMTS) also mehr Traffic für eine Leitung bekommt, als diese Leitung verarbeiten kann/darf, dann muss es Pakete zwischenspeichern oder verwerfen.

Bufferbloat bedeutet, dass das Gerät vor dem dünnsten Stück der Verbindung einen großen Puffer hat und diesen auch komplett ausnutzt, um Pakete zu puffern.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, diesem Phänomen zu begegnen.
Zum einen natürlich, den Puffer kleiner zu machen. Die Schwierigkeit besteht daran, für die verfügbare Bandbreite die richtige Puffergröße zu finden, denn wenn der Puffer zu klein wird, treten andere negative Effekte auf, wegen derer man ja explizit Puffer verwenden will. Die Puffergröße wählt man typischerweise auch in Abhängigkeit von Latenzen und den verwendeten Protokollen, sofern man diese genauer einschränken kann (in der Telefonie zum Beispiel).

Statt Puffer zu verkleinern, und somit ggf. für Situationen, in denen mehr Puffer sinnvoll wäre, nicht ausreichend Speicher zur Verfügung zu haben, könnte das puffernde Gerät diesen Puffer auch intelligent verwalten. So ist es z.B. möglich, einen Puffer ganz normal zu füllen, solange dieser noch sehr leer ist, aber z.B. schon proaktiv ein paar Prozent der eingehenden Pakete zu verwerfen, falls der Puffer über die Hälfte gefüllt ist. Dabei macht man sich zu Nutze, dass Protokolle mit Verbindungsstatus (z.B. TCP) das Verwerfen als Überlastung erkennen und selbständig die Datenrate reduzieren - was also zur Reduktion des Traffics und damit hoffentlich zum Leeren des Puffers führt.

Die mMn beste Möglichkeit, dem Puffern zu begenen, ist das Erhöhen der zur Verfügung stehenden Bandbreite in Richtung des Trafficflusses. Dadurch leeren sich die Puffer schneller bzw. es kommt garnicht erst zur Füllung.

Auf diese Faktoren hat man bei seinem Internetprovider selbstverständlich keinen Einfluss. Aber es gibt eine Möglichkeit, den Zugriff zu bekommen, in dem man die Stelle ändert, an der sich der volllaufende Puffer befindet:
Da jedes Gerät einen Puffer hat, gilt das auch für den Router im Heimnetz. Dieser ist üblicherweise viel schneller als der Internetzugang, er stellt also im Upstream schon das Gerät dar, was direkt vor dem dünnsten Stück der Verbindung sitzt. Dort könnte man also die Eigenschaften des Pufferns schon verändern.
Wenn man nun für den Downstream auf dem Router die Verbindungsgeschwindigkeit reduziert, d.h. der Router nimmt den Traffic aus dem Kabelmodem so schnell an wie er geliefert wird, reduziert dann aber die Geschwindigkeit der Verarbeitung dieses Traffics (also weiterleiten an Programme oder das lokale Netz), dann werden die Puffer innerhalb des Routers genutzt, um den Traffic aus dem Internet zwischenzuspeichern.

Viele handelsübliche Router bieten bereits die Möglichkeit, diese Limitierungen vorzunehmen. Oft finden sich dazu Eingabefelder für die Bandbreite des Internetanschlusses in der Konfiguration, z.B. in Menüs mit den Namen QoS oder Traffic Shaping.

Auf einem professionellen Gerät lassen sich dann auch Puffergröße, Rate der Leerung, Priorisierung von Paketen und allerlei weiterer Optionen einstellen. Viele Geräte für Endanwender verstecken diese Details aber vor dem Benutzer, weil sie schwierig zu verstehen sind und bei falscher Konfiguration die Qualität der Internetverbindung beeinflussen können.

Ansich sind Paketpuffer aber gar kein großes Problem. Es macht nämlich nur sehr wenigen Anwendungen etwas aus, wenn Paketlaufzeiten ein wenig länger werden - das sind in der Regel nur solche, die in Echtzeit Interaktivität übertragen, also z.B. Onlinespiele oder (Video-)Telefonie. Den meisten Benutzern ist auch bekannt, dass Onlinespiele und große Downloads gleichzeitig ein nicht so positives Spielerlebnis bereiten kann.
Viele Anwendungen bieten daher die Möglichkeit, die genutzte Bandbreite zu limitieren. Das ist effektiv, wenn es ordentlich umgesetzt ist. Wenn die zur Verfügung stehende Bandbreite nicht komplett aufgebraucht wird, füllen sich auch keine Paketpuffer.



2016-08-07T19:55:49Z
  • Sonntag, 07.08.2016 um 21:55 Uhr
Hallo Torsten,

ich habe heute mal versucht, ob es sich mit IPv6 anders verhält. Das Ergebis ist das selbe, da nach meinem Verständnis das Problem eine Schicht tiefer auf TCP Ebene liegt.

Wie du sehen kannst explodiert die Umlaufzeit des traceroute auf lidl.de auch bei IPv6:

|------------------------------------------------------------------------------------------|
|                                      WinMTR statistics                                   |
|                       Host              -   %  | Sent | Recv | Best | Avrg | Wrst | Last |
|------------------------------------------------|------|------|------|------|------|------|
|                               fritz.box -    1 |  729 |  727 |    0 |    1 |   34 |    1 |
|                       2a02:8070:a200: :1 -    1 |  724 |  721 |    8 |   22 | 1217 |   13 |
|                  2a02:8070:a0fc:236a: :1 -    3 |  665 |  647 |    8 |   22 | 1218 |   13 |
|                            2a02:8070: :1 -    1 |  724 |  721 |   11 |   26 | 1227 |   14 |
|  de-fra01b-ri1-ae14.fra.unity-media.net -    1 |  724 |  721 |   11 |   27 | 1221 |   14 |
|              2001:730:2d01🅱 :d52e:b306 -    1 |  724 |  721 |   12 |   27 | 1224 |   15 |
|        ae2-2001.nbg30.core-backbone.com -    1 |  724 |  721 |   14 |   29 | 1228 |   17 |
|                      2a01:4a0:0:2012: :2 -    1 |  724 |  721 |   16 |   31 | 1229 |   20 |
|                     2a01:4a0:1338:92: :2 -    1 |  724 |  721 |   15 |   38 | 1662 |   31 |
|                      2a02:cb46:0:2: :201 -    1 |  724 |  721 |   15 |   30 | 1228 |   21 |
|                       2a02:cb40:200: :c5 -    1 |  731 |  729 |   15 |   32 | 1762 |   20 |
|________________________________________________|______|______|______|______|______|______|
   WinMTR v1.00 GPLv2 (original by Appnor MSP - Fully Managed Hosting & Cloud Provider)

Ich persönlich gehe nicht davon aus, dass Unitymedia alles außer dem vertraglichen Minimum egal ist. Sonst würden Sie mir ja auch nur 80% der Leitung im Up/Downstream zur Verfügung stellen.

Auch andere Tools ergeben ähnliche Ergebnisse bezüglich des Puffers:
http://n2.netalyzr.icsi.berkeley.edu/summary/id=36a470be-13689-0dfac1da-c909-4bcd-94d4

Viele Grüße
GNA
2016-08-07T21:53:02Z
  • Sonntag, 07.08.2016 um 23:53 Uhr
Hallo gna,
dann probier dein Glück und melde das mal als Störung bei UM. Allerdings würde ich nicht den Weg über die Hotline wählen. Geh lieber über das SocialMedia-Team bei Facebook oder Twitter. Halte uns mal auf dem Laufenden, wie es weitergeht.
Ich persönlich glaube nicht, daß UM da irgendwas ändern wird, lasse mich jedoch gerne positiv überraschen.
Torsten
2016-08-07T23:05:50Z
  • Montag, 08.08.2016 um 01:05 Uhr
Du kannst zu dem Thema bufferbload einiges in der Diskussion zu verschiedenen Artikeln auf folgendem Blog finden. Mein Mann ist als arztde dort öfters mal in der Diskussion mit dabei. Da geht es um GeschwindigkeitsOptimierungen für TP-Link Router unter OpenWRT. Es wird auf Firmware Ebene umgesetzt.
http://aspiregemstone.blogspot.ro/?m=1
Ließ Dich mal auch durch die Comments durch. IST VIEL STUFF.
Auf CeroWRT Ebene haben wir vor 2 Jahren da vieles zusammen mit OpenWRT Barrier Breaker umgesetzt. Desweiteren Suche Dich mal durch die Ubiquiti Foren durch weil es für Wavelan Provider interessant ist. Da wird es recht häufig in Production Status eingesetzt.
Ich will nicht schon wieder unsere Hausantenne posten sonst bekommen die Admins hier ne Krise.
Hoffe mit den Infos geholfen zu haben.
Einführungsviedeo

ERGÄNZUNG
Leihe Dir mal nen Edge Max Router mit aktueller Firmware aus. Dann dürfte das Problem behoben sein.

Dateianhänge
    😄
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