Verbesserung der Benutzererfahrung durch Frontend-Netzwerkqualitätsindikatoren

Stellen Sie sich dieses alltägliche Szenario vor: Ein Benutzer interagiert mit Ihrer topmodernen Webanwendung. Plötzlich werden Aktionen träge, Uploads schlagen fehl und Video-Streams puffern endlos. Frustriert schließt er den Tab und gibt Ihrer Anwendung die Schuld, langsam und unzuverlässig zu sein. Vielleicht hinterlässt er eine negative Bewertung oder, schlimmer noch, kehrt nie wieder zurück. Der Übeltäter war jedoch nicht die Leistung Ihrer Anwendung, sondern seine eigene instabile WLAN-Verbindung. Der Benutzer hatte keine Möglichkeit, dies zu wissen.

Diese Diskrepanz zwischen tatsächlicher und wahrgenommener Leistung ist eine große Herausforderung in der modernen Webentwicklung. Da Anwendungen immer komplexer und global verteilt werden, können wir nicht mehr davon ausgehen, dass unsere Benutzer eine stabile, schnelle Internetverbindung haben. Die Lösung besteht nicht nur darin, schnellere Anwendungen zu entwickeln, sondern intelligentere Anwendungen – solche, die sich der Netzwerkumgebung des Benutzers bewusst sind und sich entsprechend anpassen können. Hier kommt der Frontend-Netzwerkqualitätsindikator (NQI) ins Spiel.

Ein NQI ist eine UI-Komponente, die dem Benutzer Echtzeit-Feedback über seinen Verbindungsstatus gibt. Es ist mehr als nur ein dekoratives Symbol; es ist ein leistungsstarkes Werkzeug für das Erwartungsmanagement, den Aufbau von Vertrauen und die Ermöglichung einer neuen Klasse von widerstandsfähigen, adaptiven Benutzeroberflächen. Dieser Leitfaden wird sich eingehend mit dem Warum, Was und Wie der Implementierung eines erstklassigen NQI in Ihrer Frontend-Anwendung befassen.

Warum jede moderne Anwendung einen Netzwerkqualitätsindikator benötigt

Die Integration eines NQI mag wie eine zusätzliche Funktion erscheinen, aber seine Auswirkungen auf die Benutzererfahrung sind tiefgreifend. Er verändert grundlegend die Beziehung des Benutzers zu Ihrer Anwendung in Zeiten schlechter Konnektivität.

Erwartungen der Benutzer steuern und Frustration reduzieren

Transparenz ist der Schlüssel. Wenn eine Anwendung sich langsam anfühlt, geht der Benutzer standardmäßig davon aus, dass die Anwendung fehlerhaft ist. Ein NQI verlagert das Problem nach außen. Eine einfache Meldung wie „Verbindung: Instabil“ lenkt den Fokus des Benutzers von „diese App ist kaputt“ auf „mein Netzwerk verursacht Probleme“. Dieser einfache kognitive Wandel kann den Unterschied ausmachen zwischen einem frustrierten Benutzer, der Ihren Dienst verlässt, und einem informierten Benutzer, der die Situation versteht und wartet, bis sich seine Verbindung verbessert.

Verbesserung der wahrgenommenen Leistung

Die wahrgenommene Leistung beschreibt, wie schnell sich eine Anwendung für den Benutzer anfühlt, was oft wichtiger ist als die tatsächliche Ladezeit. Ein NQI trägt wesentlich dazu bei. Durch sofortiges Feedback fühlt sich die Anwendung reaktionsschneller und intelligenter an. Der Benutzer muss nicht mehr raten, warum eine Aktion so lange dauert. Diese Feedback-Schleife versichert ihm, dass die Anwendung noch funktioniert, nur unter schwierigen Netzwerkbedingungen.

Ermöglichung adaptiver Benutzeroberflächen

Hier wandelt sich ein NQI von einem einfachen Indikator zu einem integralen Bestandteil der Anwendungslogik. Indem Sie die Netzwerkqualität programmatisch kennen, können Sie das Verhalten der Anwendung dynamisch anpassen, um unter den gegebenen Umständen das bestmögliche Erlebnis zu bieten. Dieser proaktive Ansatz ist das Kennzeichen einer widerstandsfähigen, modernen Webanwendung.

• Videokonferenzen: Automatische Reduzierung der Videoauflösung oder Umschaltung auf reines Audio, wenn die Bandbreite sinkt.
• E-Commerce: Laden von Produktbildern in niedrigerer Qualität bei langsameren Verbindungen, um sicherzustellen, dass die Seite schnell lädt.
• Kollaborative Werkzeuge: Erhöhen der Verzögerung zwischen dem Senden von Datenpaketen an den Server, um eine schwache Verbindung nicht zu überlasten.

Bereitstellung besserer Diagnosen und Unterstützung

Wenn ein Benutzer einen Fehler oder ein Leistungsproblem meldet, ist eine der ersten Fragen des Support-Teams die nach der Umgebung des Benutzers. Wenn Ihre Anwendung clientseitige Netzwerkqualitätsmetriken protokolliert, verfügt Ihr Support-Team über sofortige, verwertbare Daten. Sie können von Benutzern gemeldete Probleme mit einer Verschlechterung des Netzwerks korrelieren, was zu schnelleren Lösungen führt und die Anzahl der „konnte nicht reproduziert werden“-Fälle reduziert.

Die Anatomie eines Netzwerkqualitätsindikators: Wichtige Metriken zur Überwachung

Um einen effektiven NQI zu erstellen, müssen Sie die richtigen Dinge messen. Die Qualität einer Verbindung ist keine einzelne Zahl, sondern eine Kombination aus mehreren Faktoren. Hier sind die wichtigsten Metriken, die zu berücksichtigen sind.

Bandbreite (Downlink / Uplink)

Was es ist: Bandbreite ist die maximale Rate, mit der Daten über ein Netzwerk übertragen werden können, typischerweise gemessen in Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Downlink ist die Geschwindigkeit des Datenempfangs (z. B. Laden einer Webseite, Streamen von Videos), während Uplink die Geschwindigkeit des Datensendens ist (z. B. Hochladen einer Datei, Ihr Video-Feed in einem Anruf).

Warum es wichtig ist: Es beeinflusst direkt, wie schnell große Assets wie Bilder, Videos und Skripte herunter- oder hochgeladen werden können. Geringe Bandbreite ist die klassische Ursache für „Langsamkeit“.

Latenz (Round-Trip Time - RTT)

Was es ist: Latenz ist die Zeit, die ein einzelnes Datenpaket benötigt, um von Ihrem Gerät zu einem Server und wieder zurück zu gelangen. Sie wird in Millisekunden (ms) gemessen.

Warum es wichtig ist: Hohe Latenz lässt eine Anwendung träge und nicht reaktionsschnell erscheinen, selbst bei hoher Bandbreite. Jeder Klick, jede Interaktion wird um die RTT verzögert. Sie ist besonders kritisch für Echtzeitanwendungen wie Online-Spiele, Finanzhandelsplattformen und kollaborative Bearbeitungswerkzeuge.

Jitter

Was es ist: Jitter ist die Schwankung der Latenz im Laufe der Zeit. Eine instabile Verbindung kann eine RTT haben, die stark schwankt, zum Beispiel von 20 ms auf 200 ms und wieder zurück.

Warum es wichtig ist: Hoher Jitter ist katastrophal für Echtzeit-Audio- und Video-Streaming. Er führt dazu, dass Pakete in falscher Reihenfolge oder mit inkonsistenten Verzögerungen ankommen, was zu verzerrtem Audio, eingefrorenem Video und einer allgemein schlechten Anrufqualität führt. Eine Verbindung mit niedriger Latenz, aber hohem Jitter kann sich schlechter anfühlen als eine Verbindung mit konstant moderater Latenz.

Paketverlust

Was es ist: Paketverlust tritt auf, wenn über das Netzwerk gesendete Datenpakete ihr Ziel nicht erreichen. Er wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt.

Warum es wichtig ist: Die Auswirkung von Paketverlust hängt vom verwendeten Protokoll ab. Bei TCP (das für die meisten Web-Sitzungen verwendet wird), werden verlorene Pakete erneut gesendet, was die Latenz erhöht und den Durchsatz verringert. Bei UDP (oft für Live-Video/Audio verwendet), sind verlorene Pakete für immer verloren, was zu fehlenden Fragmenten des Streams führt (z. B. ein Ruckeln im Video).

Technische Implementierung: Wie man eine Anzeige für die Verbindungsqualität erstellt

Es gibt verschiedene Ansätze zur Messung der Netzwerkqualität im Frontend, jeder mit eigenen Vor- und Nachteilen. Die beste Lösung kombiniert oft mehrere Methoden.

Methode 1: Die nativen Werkzeuge des Browsers – Die Network Information API

Moderne Browser bieten eine eingebaute JavaScript-API, um einen Schnappschuss der Benutzerverbindung zu erhalten. Es ist der einfachste und effizienteste Weg, um ein grundlegendes Verständnis des Netzwerks zu bekommen.

Wie es funktioniert: Die API ist über das `navigator.connection`-Objekt zugänglich. Es bietet mehrere nützliche Eigenschaften:

• downlink: Die effektive geschätzte Bandbreite in Mbit/s.
• effectiveType: Eine Klassifizierung des Verbindungstyps basierend auf der Leistung, wie 'slow-2g', '2g', '3g' oder '4g'. Dies ist oft nützlicher als die reine Downlink-Zahl.
• rtt: Die effektive Round-Trip-Time in Millisekunden.
• saveData: Ein boolescher Wert, der angibt, ob der Benutzer in seinem Browser einen Datensparmodus aktiviert hat.

JavaScript-Beispiel:

            
function updateConnectionStatus() {
  const connection = navigator.connection || navigator.mozConnection || navigator.webkitConnection;
  if (!connection) {
    console.log('Network Information API nicht unterstützt.');
    return;
  }

  console.log(`Effektiver Verbindungstyp: ${connection.effectiveType}`);
  console.log(`Geschätzter Downlink: ${connection.downlink} Mbit/s`);
  console.log(`Geschätzte RTT: ${connection.rtt} ms`);
  console.log(`Datensparmodus aktiviert: ${connection.saveData}`);

  // Sie können nun Ihre Benutzeroberfläche basierend auf diesen Werten aktualisieren
  // Zum Beispiel eine Warnung 'langsame Verbindung' anzeigen, wenn effectiveType '2g' ist.
}

// Erster Check
updateConnectionStatus();

// Auf Änderungen der Netzwerkverbindung warten
navigator.connection.addEventListener('change', updateConnectionStatus);

            

              
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Vorteile:

• Einfach und unkompliziert: Erfordert sehr wenig Code zur Implementierung.
• Energieeffizient: Es ist eine passive Messung, die vom Betriebssystem bereitgestellt wird und somit keinen zusätzlichen Akku oder Daten verbraucht.
• Respektiert die Wahl des Benutzers: Die `saveData`-Eigenschaft ermöglicht es Ihnen, die Präferenz des Benutzers für reduzierten Datenverbrauch zu respektieren.

Nachteile:

• Browser-Unterstützung: Nicht in allen Browsern unterstützt (insbesondere Safari auf dem Desktop und unter iOS).
• Theoretische Werte: Die Werte basieren oft auf dem Wissen des Betriebssystems über den Verbindungstyp (z. B. Mobilfunknetzstärke) und nicht auf der Echtzeitleistung zu Ihrem Server. Die RTT kann eine allgemeine Schätzung sein, nicht die tatsächliche Latenz zum Backend Ihrer Anwendung.

Methode 2: Aktives Testen – Messung der realen Leistung

Für genauere Echtzeitdaten, die spezifisch für die Infrastruktur Ihrer Anwendung sind, müssen Sie die Verbindung aktiv messen. Dies beinhaltet das Senden kleiner Anfragen an Ihren Server und das Messen der Antwortzeit.

Latenz (RTT) messen:

Die gebräuchlichste Technik ist ein „Ping-Pong“-Mechanismus. Der Client sendet eine Nachricht mit einem Zeitstempel, und der Server sendet sie sofort zurück. Der Client berechnet dann die Zeitdifferenz.

JavaScript-Beispiel (mit Fetch API):

            
async function measureLatency(endpointUrl) {
  const startTime = Date.now();
  try {
    // Wir verwenden 'no-cache', um sicherzustellen, dass wir keine zwischengespeicherte Antwort erhalten
    // Die HEAD-Methode ist ressourcenschonend, da sie den Body nicht herunterlädt
    await fetch(endpointUrl, { method: 'HEAD', cache: 'no-store' });
    const endTime = Date.now();
    const latency = endTime - startTime;
    console.log(`Gemessene RTT zu ${endpointUrl}: ${latency} ms`);
    return latency;
  } catch (error) {
    console.error('Latenzmessung fehlgeschlagen:', error);
    return null; 
  }
}

// Latenz regelmäßig messen
setInterval(() => measureLatency('/api/ping'), 5000); // Alle 5 Sekunden prüfen

            

              
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Hinweis: Dies misst die gesamte Zeit des Anfrage-Antwort-Zyklus, die auch die Serververarbeitungszeit beinhaltet. Für eine reine Netzwerk-RTT würden Sie idealerweise WebSockets verwenden, bei denen der Server die Nachricht sofort zurückspiegeln kann.

Bandbreite messen:

Dies ist kniffliger und invasiver. Die Grundidee ist, eine Datei bekannter Größe herunterzuladen und die dafür benötigte Zeit zu messen.

JavaScript-Beispiel:

            
async function measureBandwidth(fileUrl, fileSizeInBytes) {
  const startTime = Date.now();
  try {
    const response = await fetch(fileUrl, { cache: 'no-store' });
    await response.blob(); // Den Antwort-Body verarbeiten
    const endTime = Date.now();

    const durationInSeconds = (endTime - startTime) / 1000;
    const bitsLoaded = fileSizeInBytes * 8;
    const speedBps = bitsLoaded / durationInSeconds;
    const speedKbps = speedBps / 1024;
    const speedMbps = speedKbps / 1024;

    console.log(`Gemessene Bandbreite: ${speedMbps.toFixed(2)} Mbit/s`);
    return speedMbps;
  } catch (error) {
    console.error('Bandbreitenmessung fehlgeschlagen:', error);
    return null;
  }
}

// Anwendungsbeispiel: Test mit einer 1-MB-Datei
// measureBandwidth('/__tests/1mb.dat', 1048576);

            

              
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Wichtige Überlegung: Das Testen der Bandbreite verbraucht Benutzerdaten. Verwenden Sie es sparsam, mit kleinen Dateien und idealerweise mit Zustimmung des Benutzers oder nur in bestimmten Situationen (wie vor einem großen Upload).

Methode 3: Nutzung von WebRTC-Statistiken

Wenn Ihre Anwendung bereits WebRTC für Echtzeit-Video- oder Audiokommunikation verwendet, haben Sie kostenlos Zugang zu einem reichhaltigen Satz hochgenauer Netzwerkstatistiken.

Wie es funktioniert: Das `RTCPeerConnection`-Objekt, das den Kern einer WebRTC-Verbindung bildet, verfügt über eine `getStats()`-Methode, die einen detaillierten Bericht über die Verbindungsqualität zurückgibt.

Konzeptionelles Beispiel:

            
// Angenommen, 'peerConnection' ist ein aktives RTCPeerConnection-Objekt

setInterval(async () => {
  const stats = await peerConnection.getStats();
  stats.forEach(report => {
    // Nach Statistiken suchen, die sich auf das aktive Kandidatenpaar beziehen
    if (report.type === 'candidate-pair' && report.state === 'succeeded') {
      const roundTripTime = report.currentRoundTripTime * 1000; // in ms
      console.log(`WebRTC RTT: ${roundTripTime.toFixed(2)} ms`);
    }
    // Nach Statistiken des eingehenden Video-Streams suchen, um Paketverlust zu prüfen
    if (report.type === 'inbound-rtp' && report.kind === 'video') {
      console.log(`Verlorene Pakete: ${report.packetsLost}`);
      console.log(`Jitter: ${report.jitter}`);
    }
  });
}, 2000); // Alle 2 Sekunden prüfen

            

              
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Dies ist der Goldstandard für RTC-Anwendungen und liefert granulare Daten zu RTT, Jitter, Paketverlust und gesendeten/empfangenen Bytes.

Gestaltung eines effektiven und benutzerfreundlichen Indikators

Wie Sie die Netzwerkinformationen anzeigen, ist genauso wichtig wie die Art und Weise, wie Sie sie messen. Ein schlecht gestalteter Indikator kann mehr verwirren als helfen.

Visuelle Darstellungen: Mehr als nur eine Zahl

Benutzer reagieren besser auf intuitive visuelle Metaphern als auf Rohdaten wie „RTT: 150ms“.

• Die „Signalbalken“-Metapher: Universell bekannt von Mobiltelefonen und WLAN-Symbolen. Eine Reihe von 3 bis 5 Balken ist eine ausgezeichnete, auf einen Blick erfassbare Darstellung der Qualität.
• Farbcodierung: Kombinieren Sie Symbole mit Farben für sofortiges Verständnis. Grün wird universell als gut verstanden, Gelb/Orange als Warnung und Rot als schlecht/kritisch.
• Einfache Symbole: Ein Häkchen für eine ausgezeichnete Verbindung, ein Warndreieck für eine instabile oder eine Wolke mit einem Schrägstrich für den Offline-Zustand.
• Textliche Bezeichnungen: Begleiten Sie Symbole mit kurzem, klarem Text wie „Ausgezeichnet“, „Instabil“ oder „Offline“. Dies verbessert die Zugänglichkeit und Klarheit.

Platzierung und Kontext

Der Indikator sollte sichtbar, aber nicht ablenkend sein. Erwägen Sie die Platzierung:

• In einer globalen Kopfzeile oder Statusleiste: Für anwendungsweiten Kontext.
• Neben einer bestimmten Funktion: Zum Beispiel die Platzierung des Indikators direkt auf einem Videoplayer oder neben einem Chat-Eingabefeld, wo Echtzeitkonnektivität am wichtigsten ist.
• Bei Bedarf: Zeigen Sie den Indikator nur an, wenn die Verbindungsqualität unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, um die Benutzeroberfläche nicht zu überladen, wenn alles in Ordnung ist.

Bereitstellung von handlungsorientiertem Feedback

Zeigen Sie nicht nur ein rotes Symbol. Sagen Sie dem Benutzer, was es für ihn bedeutet. Verwenden Sie Tooltips oder kleine Nachrichten, die Kontext bieten.

• Tooltip für rotes Symbol: „Ihre Verbindung ist schlecht. Die Videoqualität wurde reduziert, um Pufferung zu vermeiden.“
• Tooltip für gelbes Symbol: „Verbindung ist instabil. Uploads können langsamer als gewöhnlich sein.“
• Offline-Nachricht: „Sie sind derzeit offline. Ihre Nachricht wird gesendet, sobald Sie wieder verbunden sind.“

Aufbau einer adaptiven Benutzeroberfläche: Handeln auf Basis von Netzwerkdaten

Die wahre Stärke eines NQI wird entfesselt, wenn die Anwendung die Daten nutzt, um ihr Verhalten anzupassen. Dies ist die Essenz von Progressive Enhancement und Graceful Degradation.

Schritt 1: Qualitätsstufen definieren

Zuerst ordnen Sie Ihre Rohmetriken einfachen, logischen Stufen zu. Diese Abstraktion erleichtert das Schreiben von Anwendungslogik.

Beispiel-Stufen:

• AUSGEZEICHNET: RTT < 75ms, effectiveType ist '4g', kein Paketverlust.
• GUT: RTT < 200ms, effectiveType ist '3g'.
• SCHLECHT: RTT > 400ms ODER effectiveType ist '2g'.
• OFFLINE: Keine Verbindung erkannt.

Schritt 2: Adaptive Logik implementieren

Mit diesen Stufen können Sie nun Regeln in Ihre Anwendungskomponenten einbauen.

Praktische Beispiele:

• Bilder laden: Wenn die Qualitätsstufe `SCHLECHT` ist oder `navigator.connection.saveData` wahr ist, fordern Sie Bilder mit niedrigerer Auflösung vom Server an, indem Sie einen Abfrageparameter hinzufügen (z. B. `?quality=low`).
• Echtzeit-Kollaboration: In einem `GUTEN` Zustand senden Sie Dokumentenaktualisierungen alle 250ms. In einem `SCHLECHTEN` Zustand bündeln Sie Aktualisierungen und senden sie alle 2000ms, wobei dem Benutzer eine „Synchronisiere...“-Nachricht angezeigt wird.
• Datei-Uploads: Wenn die Verbindung während eines Uploads auf `SCHLECHT` abfällt, pausieren Sie den Upload automatisch und informieren Sie den Benutzer. Bieten Sie eine Schaltfläche zum Fortsetzen an, wenn sich die Verbindung verbessert.
• UI-Animationen: Deaktivieren Sie nicht wesentliche, leistungsintensive Animationen (wie Parallax-Scrolling oder komplexe Übergänge), wenn die Stufe `SCHLECHT` ist, um die Benutzeroberfläche reaktionsfähig zu halten.

Globale Überlegungen und Best Practices

Wenn Sie für ein globales Publikum entwickeln, ist ein NQI nicht nur eine Funktion – es ist eine Notwendigkeit. Die Netzwerkbedingungen variieren weltweit drastisch.

• Achten Sie auf den Datenverbrauch: Aktives Testen kostet die Benutzer Daten. Dies ist in vielen Teilen der Welt, in denen Datentarife teuer und begrenzt sind, ein kritisches Anliegen. Halten Sie Ihre Test-Payloads klein und Ihre Testintervalle angemessen (z. B. alle 10-30 Sekunden, nicht jede Sekunde). Erwägen Sie die Verwendung einer exponentiellen Backoff-Strategie für Ihre Prüfungen.
• Optimieren Sie für CPU und Akku: Ständiges Testen des Netzwerks kann den Akku eines Geräts belasten. Verwenden Sie effiziente Methoden wie die Network Information API, wann immer möglich, und gehen Sie mit aktivem Testen umsichtig um. Pausieren Sie das Testen, wenn der Anwendungs-Tab nicht im Fokus ist.
• Kombinieren Sie Methoden für beste Ergebnisse: Ein hybrider Ansatz ist oft der robusteste. Verwenden Sie die Network Information API als Grundlage. Wenn sie eine '4g'-Verbindung anzeigt, müssen Sie möglicherweise nicht so aggressiv testen. Wenn sie '2g' anzeigt oder nicht verfügbar ist, können Sie sich mehr auf aktives Testen verlassen, um ein genaues Bild zu erhalten.
• Graceful Degradation: Ihre Anwendung muss auch ohne den NQI einwandfrei funktionieren. Der Indikator ist eine Verbesserung. Stellen Sie sicher, dass die Kernfunktionalität der Anwendung nicht beeinträchtigt wird, wenn eine der Mess-APIs fehlschlägt oder nicht unterstützt wird.

Fazit: Für die reale Welt entwickeln

In einer idealen Welt hätte jeder Benutzer eine makellose Gigabit-Glasfaserverbindung. In der realen Welt nutzen sie Ihre Anwendung in einem lückenhaften öffentlichen WLAN, in einem fahrenden Zug mit Mobilfunkverbindung oder in einer Region mit unterentwickelter Internetinfrastruktur. Ein Frontend-Netzwerkqualitätsindikator ist eine eindrucksvolle Anerkennung dieser Realität.

Durch die Implementierung eines NQI gehen Sie über die reine Entwicklung von Funktionen hinaus und beginnen, eine wirklich widerstandsfähige und benutzerzentrierte Erfahrung zu schaffen. Sie ersetzen Benutzerfrustration durch Verständnis, bauen Vertrauen durch Transparenz auf und stellen sicher, dass Ihre Anwendung die bestmögliche Leistung liefert, egal unter welchen Bedingungen. Es ist nicht länger ein „Nice-to-have“, sondern eine Kernkomponente einer modernen, globalen und professionellen Webanwendung.

Fangen Sie klein an. Beginnen Sie mit der Implementierung der Network Information API, um ein grundlegendes Verständnis für die Verbindungen Ihrer Benutzer zu erhalten. Fügen Sie von dort aus aktives Testen für kritische Funktionen hinzu und gestalten Sie eine intuitive Benutzeroberfläche. Ihre Benutzer werden den Indikator vielleicht nicht bewusst bemerken, wenn ihre Verbindung gut ist, aber sie werden zutiefst dankbar sein für die Klarheit und Stabilität, die er bietet, wenn ihre Verbindung es nicht ist.