Was ist FEC?

Die Forward Error Correction (FEC) ist ein Verfahren, bei dem ein Absender einer Übertragung redundante Paritätsdaten hinzufügt, sodass der Empfänger auf dem Weg verlorengegangene Pakete rekonstruieren kann, ohne den Absender um eine erneute Übertragung bitten zu müssen. Bei verlustbehafteten SD-WAN-Verbindungen sorgt FEC durch einen geringen Bandbreitenaufwand für ein flüssigeres und zuverlässigeres Anwendungserlebnis.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Die FEC fügt Paritätspakete hinzu, damit Empfänger verlorene Pakete rekonstruieren können, ohne dass eine erneute Übertragung erforderlich ist.
• Am besten geeignet für Echtzeit-Datenverkehr mit hohen Anforderungen an die Latenz, wie z. B. VoIP und Video.
• In einem SD-WAN-Weiterleitungsprofil konfiguriert, sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite.
• Kleinere Paritätsgruppen gleichen Verluste zuverlässiger aus, verursachen jedoch einen höheren Overhead.
• VOS kann FEC je nach SLA und Auslastung der Verbindung automatisch starten und stoppen.

Auf dieser Seite: Warum das wichtig ist · So funktioniert es · Arten · FEC & Versa · Häufig gestellte Fragen

Warum ist die FEC wichtig?

Echtzeitdatenverkehr – Sprachanrufe, Videokonferenzen und andere latenzempfindliche Datenflüsse – kann die Verzögerung nicht verkraften, die entsteht, wenn ein verlorenes Paket erkannt wird und auf dessen erneute Übertragung gewartet werden muss. Bis die erneute Übertragung eintrifft, ist der Moment, in dem sie benötigt wurde, bereits vorbei. Aus diesem Grund macht sich ein verlorenes Paket bei einem VoIP-Anruf eher durch eine abgeschnittene Silbe als durch eine kurze Pause bemerkbar.

FEC ist wichtig, weil es Verluste proaktiv statt reaktiv ausgleicht: Der Absender überträgt redundante Paritätsdaten zusammen mit dem eigentlichen Datenverkehr, sodass der Empfänger ein verlorenes Paket sofort rekonstruieren kann, sobald er die Lücke bemerkt, ohne dass ein Rücklauf zum Absender erforderlich ist. Dies ist besonders wichtig bei WAN-Verbindungen, über die SD-WAN-Datenverkehr zwischen Niederlassungen und der Cloud übertragen wird – Breitband, LTE und andere Verbindungen, die anfälliger für Datenverluste sind als eine dedizierte Standleitung. FEC wird häufig für Standorte empfohlen, an denen eine unregelmäßige VoIP-Qualität festgestellt wird.

Was ist FEC?

Auf Paketebene funktioniert FEC so, dass der Sender für jedes n-teDatenpaket, das er überträgt, ein Paritätspaket generiert und beide über die Verbindung sendet. Der Empfänger verfolgt die Sequenznummern; wenn nichts verloren gegangen ist, verwirft er das Paritätspaket. Fehlt ein Datenpaket, nutzt der Empfänger die redundanten Informationen des Paritätspakets, um es sofort zu rekonstruieren – ohne Rückfrage beim Sender und ohne Verzögerung durch eine erneute Übertragung.

Das Paritätsverhältnis – also die Häufigkeit, mit der ein Paritätspaket erzeugt wird – stellt einen Kompromiss zwischen Schutz und Overhead dar. Ein Paritätspaket pro drei Datenpakete verursacht einen Overhead von etwa 33 Prozent, verbessert jedoch die Zustellwahrscheinlichkeit erheblich: Auf einer Strecke mit einem gleichmäßigen Paketverlust von 5 Prozent steigt die Wahrscheinlichkeit, dass alle drei Pakete ankommen, von etwa 86 Prozent ohne FEC auf etwa 99 Prozent mit FEC. Eine größere Gruppe von sechs Paketen reduziert den Overhead auf etwa 16 Prozent, was einen geringeren, aber immer noch bedeutenden Gewinn bringt.

Arten von FEC

FEC wird auf mehr als einer Schicht des Stacks angewendet, wobei die jeweilige Schicht bestimmt, welche „Fehler“ korrigiert werden. FEC auf der physikalischen Ebene ist in Modems, Funkgeräten und optischen Transceivern integriert und korrigiert durch das Medium selbst verursachte Bitfehler mithilfe von Codierungsschemata wie Reed-Solomon-, Faltungs- oder LDPC-Codes (Low-Density Parity-Check). FEC auf Codec-Ebene ist in Sprach- und Videocodecs integriert und fügt dem Medienstrom Redundanz hinzu, sodass der Codec kleine Verluste selbstständig ausgleichen kann. FEC auf Paketebene (Netzwerk) arbeitet oberhalb der Transportschicht – diese Art wird in SD-WAN-Overlays verwendet, wo ein Paritätspaket ein gesamtes verlorenes IP-Paket statt nur beschädigter Bits wiederherstellt und so den Datenverkehr unabhängig von der Kombination aus Breitband-, MPLS- und LTE/5G-Verbindungen schützt, über die er übertragen wird.

Diese Arten ergänzen sich und schließen sich nicht gegenseitig aus: Bei einem Sprachanruf können FEC auf Codec-Ebene und auf Paketebene gleichzeitig ausgeführt werden, wobei die Kombination beider Methoden jedoch weniger bringt als jede für sich allein.

FEC & Versa

Versa Implementiert FEC auf Paketebene als SD-WAN-Funktionsregel-Funktion, die in einem Weiterleitungsprofil konfiguriert wird – „Fehlerkorrektur (Forward Error Correction) für SD-WAN-Funktionsregel konfigurieren“ behandelt die Einstellungen für Sender und Empfänger, die beide erforderlich sind – und wird anschließend einer Richtlinienregel zugeordnet, wie unter „SD-WAN-Funktionsregel konfigurieren“ beschrieben. Das Betriebssystem „ Versa “ (VOS) kann automatisch mit dem Versand von FEC-Paritätspaketen beginnen, wenn eine Verbindung die SLA-Anforderungen nicht mehr erfüllt, und diesen Versand je nach Auslastung der Leitung wieder einstellen; außerdem kann es Paritätspakete auf eine alternative Leitung duplizieren, damit die Wiederherstellungsdaten die Überlastung einer bereits stark beanspruchten Verbindung nicht noch weiter verschlimmern.

Standardmäßig generiert VOS pro vier Datenpakete ein Paritätspaket; dieser Wert ist von 1 bis 32 einstellbar. Der „Versa “ SD-WAN-Entwurfsleitfaden empfiehlt FEC für kleine, latenzempfindliche Pakete wie Sprach- oder Kassendatenverkehr mit einer Größe von unter etwa 500 Byte, rät von LTE-Verbindungen ab und kombiniert FEC mit Paketreplikation – FEC für Zweigstellen mit einem einzigen Pfad, Replikation dort, wo mehrere Pfade eine Duplizierung des Datenverkehrs rechtfertigen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen FEC und Paketreplikation?

FEC erzeugt pro Gruppe von Datenpaketen ein Paritätspaket, was nur geringe Bandbreitenkosten verursacht. Bei der Paketreplikation wird stattdessen jedes Paket über mehrere Pfade dupliziert, wodurch zwar größere Verluste toleriert werden, jedoch eine Zweigstelle mit mehr als einem aktiven WAN-Pfad erforderlich ist.

Verursacht die Aktivierung von FEC eine zusätzliche Latenz?

Eine geringe Menge. Um ein Paket anhand der Paritätsdaten wiederherzustellen, müssen die nachfolgenden Pakete möglicherweise gepuffert werden, bis die Parität eintrifft, und anschließend neu angeordnet werden. Mit „ Versa “ können Sie die neuartige Anordnung auf Empfängerseite deaktivieren oder die Paritätsgruppe verkleinern, um den Pufferbedarf zu reduzieren.

Wann sollte ich FEC anstelle einer erneuten Übertragung verwenden?

Verwenden Sie FEC für Echtzeitdatenverkehr – Sprache, Video und andere latenzempfindliche Datenströme –, bei dem das Abwarten eines Wiederholungszyklus den Zweck zunichte macht. FEC rekonstruiert das verlorene Paket proaktiv, noch bevor ein Hin- und Rücklauf für die Anforderung und erneute Übertragung überhaupt abgeschlossen sein könnte.

Wie hoch ist der Bandbreiten-Overhead bei FEC?

Das hängt vom konfigurierten Paritätsverhältnis ab. Ein Paritätspaket alle drei Datenpakete kostet etwa 33 Prozent zusätzliche Bandbreite; alle sechs Pakete etwa 16 Prozent. Kleinere Gruppen gleichen Datenverluste zuverlässiger aus, beanspruchen jedoch mehr Leitungskapazität.

Kann FEC bei jeder Art von Verbindung eingesetzt werden?

Dies gilt für die Verkehrssteuerung bei Layer-3-SD-WAN und seit Release 22.1.1 auch für Layer 2, ist jedoch nicht in allen Fällen empfehlenswert. In den Leitlinien wird von der Verwendung von FEC auf LTE-Verbindungen abgeraten, da sporadische Funkausfälle das gruppenbasierte Modell untergraben; hingegen wird FEC für kleine Pakete mit einer Größe von etwa 500 Byte oder weniger empfohlen.

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