Độ trễ, mất gói và thông lượng: Hiểu rõ hiệu suất mạng gói

Mạng Internet ngày nay hoạt động dựa trên cơ chế chuyển mạch gói (packet-switching), trong đó dữ liệu được chia nhỏ thành các gói tin và truyền từ nguồn đến đích qua nhiều thiết bị mạng. Tuy nhiên, không phải lúc nào quá trình truyền tải này cũng diễn ra hoàn hảo. Các yếu tố như độ trễ (delay), mất gói (packet loss) và thông lượng (throughput) ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu suất của mạng.

⏳ Độ trễ trong mạng chuyển mạch gói

Độ trễ trong mạng là khoảng thời gian cần thiết để một gói tin di chuyển từ nguồn đến đích. Có nhiều loại độ trễ khác nhau ảnh hưởng đến tổng thời gian truyền của gói tin.

Độ trễ xử lý (Processing Delay)

• Xảy ra tại mỗi nút mạng (router, switch, host).
• Gồm thời gian đọc tiêu đề gói tin, kiểm tra lỗi, và quyết định tuyến đường.

Độ trễ xếp hàng (Queuing Delay)

• Gói tin phải chờ tại bộ đệm của thiết bị mạng trước khi được truyền đi.
• Phụ thuộc vào mức độ tắc nghẽn của mạng: nếu có nhiều gói tin đến cùng lúc, thời gian chờ sẽ tăng lên đáng kể.

Độ trễ truyền tải (Transmission Delay)

Thời gian cần để đưa toàn bộ gói tin vào đường truyền:

$$d_{trans}=\frac{L}{R}$$

Trong đó:

• $L$ là kích thước gói tin (bit),
• $R$ là tốc độ truyền tải của liên kết (bits/second).

Độ trễ lan truyền (Propagation Delay)

Thời gian để một bit di chuyển từ nguồn đến đích qua môi trường truyền (cáp quang, dây đồng, sóng vô tuyến…):

$$d_{prop}=\frac{d}{s}$$

Trong đó:

• $d$: khoảng cách giữa 2 thiết bị mạng
• $s$: tốc độ truyền tín hiệu trong môi trường đó

Công thức tổng quát của độ trễ tại một nút mạng

$$d_{nodal}=d_{proc}+d_{queue}+d_{trans}+d_{prop}$$

Trong đó:

• $d_{proc}$: độ trễ xử lý
• $d_{queue}$: độ trễ xếp hàng (chờ đợi)
• $d_{trans}$: độ trễ truyền tải
• $d_{prop}$: độ trễ lan truyền

Ví dụ

Giả sử bạn đang gửi một file từ máy tính A đến máy chủ B qua mạng có 3 nút trung gian. Nếu:

• $d_{proc}=1ms$
• $d_{queue}=5ms$
• $d_{trans}=10ms$
• $d_{prop}=20ms$
• Số nút trung gian $N=3$

Khi đó, tổng độ trễ end-to-end:

$$d_{end-to-end}=N(d_{prac}+d_{queue}+d_{trans}+d_{prop})=3(1+5+10+20)=108ms$$

---

🚨 Mất gói trong mạng

Đây là các nguyên nhân khiến gói tin bị mất:

• Bộ đệm của router bị đầy → Gói tin bị loại bỏ.
• Lỗi tín hiệu → Bit trong gói tin bị lỗi, gói tin bị hủy.
• Xung đột mạng (congestion) khiến một số gói không đến được đích.

Hậu quả nếu mất gói

• Giảm hiệu suất ứng dụng mạng (video call bị giật, game online lag…).
• Tăng thời gian chờ vì gói tin cần được gửi lại.
• Gây ra hiện tượng timeout trong giao thức truyền tải dữ liệu như TCP.

Giải pháp cải thiện

• Tăng dung lượng bộ đệm trên router
• Sử dụng thuật toán điều khiển tắc nghẽn (Congestion Control) như TCP Reno
• Sử dụng giao thức UDP cho ứng dụng thời gian thực (VoIP, livestream, game online)

---

📡 Thông lượng trong mạng

Thông lượng (throughput) là tốc độ dữ liệu thực tế được truyền từ nguồn đến đích trong một khoảng thời gian.

Các yếu tố ảnh hưởng đến thông lượng

• Băng thông khả dụng của mạng.
• Tắc nghẽn mạng: Khi quá nhiều gói tin đi qua cùng một liên kết, thông lượng có thể giảm đáng kể.
• Kiến trúc mạng: Số lượng router, kiểu kết nối (có dây hay không dây), giao thức sử dụng…

Công thức tính thông lượng

$$\text{Throughput}=\frac{F}{T}$$

Trong đó:

• $F$ là tổng số bit được truyền,
• $T$ là tổng thời gian truyền tải.

Ví dụ

Nếu bạn tải một file 1 GB (8 × 10⁹ bits) trong 10 giây:

$$\text{Throughput}=\frac{8\times 10^9}{10}=800\mathrm{Mbps}$$

Lưu ý

Nếu mạng bị tắc nghẽn, thông lượng thực tế có thể thấp hơn rất nhiều so với giá trị danh nghĩa.

---

🔥 Tổng kết

• Độ trễ mạng gồm nhiều thành phần: xử lý, xếp hàng, truyền tải và lan truyền.
• Mất gói thường xảy ra do tắc nghẽn hoặc lỗi tín hiệu, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất mạng.
• Thông lượng là tốc độ dữ liệu thực tế, bị ảnh hưởng bởi băng thông và tình trạng tắc nghẽn.

📢 Bạn đã bao giờ gặp vấn đề về tốc độ mạng hoặc mất kết nối chưa? Hãy chia sẻ trải nghiệm của bạn dưới phần bình luận nhé! 👇