Bandwidth (Băng thông) là gì?

 

Nội dung bài viết:

 
 
1. Bandwidth trong Máy tính là gì?

- Bandwidth (Băng thông) là lượng dữ liệu có thể được truyền từ điểm này sang điểm khác trong mạng trong một khoảng thời gian cụ thể. Thông thường, băng thông được biểu thị bằng tốc độ bit (Bitrate) và được đo bằng bit trên giây (bps).  
- Thuật ngữ băng thông (Bandwidth) đề cập đến khả năng truyền tải của một kết nối và là một yếu tố quan trọng khi xác định chất lượng và tốc độ của mạng hoặc kết nối internet.
 
- Có một số cách khác nhau để đo băng thông. Một số phép đo được sử dụng để tính toán lưu lượng dữ liệu hiện tại “Current Data Flow”, trong khi những phép đo khác đo lưu lượng tối đa “Maximum Flow”, lưu lượng điển hình “Typical Flow” hoặc những gì được coi là lưu lượng tốt “Good Flow”.
 
- Băng thông cũng là một khái niệm quan trọng trong một số lĩnh vực công nghệ khác. Trong xử lý tín hiệu, ví dụ, nó được sử dụng để mô tả sự khác biệt giữa tần số trên “Upper Frequency” và tần số thấp hơn “Lower Frequency” trong quá trình truyền tín hiệu vô tuyến và thường được đo bằng hertz (Hz).
 
- Băng thông có thể được so sánh với lượng nước chảy qua một đường ống. Băng thông sẽ là tốc độ nước (dữ liệu) chảy qua đường ống (kết nối) trong các trường hợp khác nhau. Thay vì bit trên giây, chúng ta có thể đo gallon trên phút. Lượng nước có thể chảy qua đường ống thể hiện băng thông tối đa, trong khi lượng nước hiện đang chảy qua đường ống thể hiện băng thông hiện tại.
 

2. Đơn vị đo băng thông

- Băng thông ban đầu được đo bằng bit trên giây và được biểu thị bằng bps “bps – bit per second”. Tuy nhiên, các mạng ngày nay thường có băng thông cao hơn nhiều so với đơn vị nhỏ như vậy. Giờ đây, người ta thường thấy những con số cao hơn được biểu thị bằng tiền tố của đơn vị đo này, chẳng hạn như Mbps, (megabit trên giây), Gbps (gigabit trên giây) hoặc Tbps (terabit trên giây).

 
- Sau terabit, có petabit, exabit, zettabit và yottabit, mỗi đơn vị đo này gấp 10 lần đơn vị đo liền trước nó.
 
- Băng thông cũng có thể được biểu thị bằng byte trên giây. Byte dữ liệu này thường được ký hiệu bằng chữ viết hoa B. Ví dụ: 10 megabyte mỗi giây sẽ được biểu thị bằng 10 MB / s hoặc 10 MBps.
 
- Một byte là tám bit.
 
- Như vậy, 10 MB / s = 80 Mb / s.
 
- Các tiền tố số liệu tương tự có thể được sử dụng với byte cũng như với bit. Do đó, 1 TB / s là một terabyte mỗi giây.

 
3. Phương pháp đo băng thông

- Đo băng thông “Measuring Bandwidth” thường được thực hiện bằng phần mềm “Software” hoặc Firmware và giao diện mạng “Network Interface”. Ví dụ, các tiện ích đo băng thông phổ biến bao gồm tiện ích Test TCP (TTCP) và PRTG Network Monitor.
 
- TTCP đo lường thông lượng trên mạng IP Networks giữa hai máy chủ. Một máy chủ đóng vai trò là bên nhận, máy còn lại đóng vai trò là bên gửi. Mỗi bên hiển thị số byte được truyền và thời gian để mỗi gói tin hoàn thành chuyến đi một chiều “One-way trip”.
 
- PRTG cung cấp giao diện đồ họa và biểu đồ để đo xu hướng băng thông trong thời gian dài hơn và có thể đo lưu lượng giữa các giao diện khác nhau.
 
- Thông thường, để đo băng thông, tổng lưu lượng được gửi và nhận trong một khoảng thời gian cụ thể sẽ được tính. Kết quả các phép đo sau đó được biểu thị dưới dạng số trên giây.
 
- Một phương pháp đo băng thông khác là truyền một tệp hoặc một vài tệp có kích thước đã biết và đếm thời gian truyền. Kết quả được chuyển đổi thành bps bằng cách chia kích thước của tệp cho lượng thời gian chuyển cần thiết. Hầu hết các bài kiểm tra tốc độ internet đều sử dụng phương pháp này để tính toán tốc độ kết nối của máy tính của người dùng với internet.
 
- Mặc dù không có cách nào để đo tổng băng thông khả dụng “Total Available Bandwidth”, nhưng có nhiều cách để xác định băng thông được đo, tùy thuộc vào nhu cầu.

• Theoretical maximum – Băng thông tối đa lý thuyết, là tốc độ truyền cao nhất trong các trường hợp lý tưởng. Tốc độ truyền tối đa lý thuyết không thể đạt được trong các cài đặt thực tế. Thông thường, mức tối đa lý thuyết chỉ được sử dụng để so sánh như một cách xác định mức độ hoạt động của một kết nối so với tiềm năng tối đa lý thuyết của nó.

• Effective bandwidth – Băng thông hiệu dụng, là tốc độ truyền tin tin cậy cao nhất. Luôn luôn thấp hơn mức băng thông tối đa lý thuyết. Đôi khi được coi là băng thông có thể sử dụng tốt nhất. Đây là thông số cần thiết để biết lượng lưu lượng mà một kết nối có thể hỗ trợ.

• Throughput – Thông lượng, là tốc độ truyền dữ liệu thành công trung bình; đây là giá trị hữu ích để hiểu tốc độ truyền tin trong điều kiện bình thường của kết nối. Thông lượng được tính bằng kích thước của gói tin truyền đi chia cho thời gian cần để quá trình truyền hoàn tất. Được đo bằng byte mỗi giây, thông lượng có thể được so sánh với băng thông hiệu dụng và băng thông tối đa lý thuyết như một cách để xác định kết nối đang hoạt động tốt như thế nào.

• Goodput – Thông lượng hữu ích, đo lượng dữ liệu hữu ích được truyền, loại trừ dữ liệu không mong muốn như thông tin để truyền lại gói tin “Packet retransmissions” hoặc dữ liệu được thêm vào bởi giao thức “Protocol overhead”. Thông lượng hữu ích được tính bằng cách chia kích thước của tệp đã truyền cho lượng thời gian truyền.

• Total transfer method - Đếm tất cả lưu lượng truy cập trong một khoảng thời gian nhất định, thường là một tháng. Điều này hữu ích nhất cho việc thanh toán dựa trên lượng băng thông được sử dụng.

• 95th percentile method - Phương pháp phân vị thứ 95, Để tránh việc các phép đo băng thông bị lệch do tăng đột biến trong việc sử dụng, các nhà mạng thường sử dụng phương pháp phân vị thứ 95. Ý tưởng là liên tục đo việc sử dụng băng thông theo thời gian, sau đó loại bỏ 5 phần trăm sử dụng hàng đầu. Điều này hữu ích cho việc thanh toán dựa trên lượng băng thông được sử dụng 'bình thường' trong một khoảng thời gian nhất định.

 
- Trong mạng thế giới thực, băng thông thay đổi theo thời gian tùy thuộc vào việc sử dụng và kết nối mạng. Kết quả là, một phép đo băng thông đơn lẻ cho biết rất ít về việc sử dụng băng thông thực tế. Một loạt các phép đo có thể hữu ích hơn khi xác định giá trị trung bình hoặc xu hướng.


4. Phân biệt Băng thông & Tốc độ & thông lượng

- Có nhiều cách để suy nghĩ về luồng dữ liệu trong mạng. Tốc độ “Speed” của mạng được định nghĩa là tốc độ bit của mạch, được xác định bởi tốc độ tín hiệu vật lý của môi trường.
 
- Băng thông “Bandwidth” là mức dung lượng của mạch vật lý có thể được sử dụng để truyền dữ liệu và được xác định bằng mức dung lượng mạng khả dụng dựa trên kết nối. Trong khi kết nối mạng Gigabit Ethernet sẽ cho phép 1 Gbps, băng thông có sẵn cho máy tính được kết nối bằng Fast Ethernet Card sẽ chỉ là 100 Mbps.
 
- Thông lượng “Throughput” là tốc độ truyền thành công, trong khi băng thông là phép tính lượng dữ liệu đi qua giao diện mạng, bất kể dữ liệu có dẫn đến việc truyền thành công hay không. Như vậy, thông lượng luôn thấp hơn băng thông.


5. Tại sao phải đo băng thông

- Có một số lý do để đo băng thông. Băng thông có thể sử dụng thấp hơn so với băng thông tối đa lý thuyết có thể là dấu hiệu của sự cố mạng, đặc biệt nếu có sự khác biệt nhiều về băng thông có thể sử dụng từ các phần khác nhau của mạng được thiết kế để hoạt động giống nhau.
 
- Ngoài ra, việc đo băng thông là cần thiết để đảm bảo rằng mọi kết nối trả phí đều hoạt động theo đúng lời hứa của chúng. Người dùng gia đình có thể chạy một bài kiểm tra băng thông trực tuyến, chẳng hạn như bài kiểm tra tốc độ DSLReports để xem mức độ kết nối “lên đến 40 Mb / s” mà nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) tính phí cho họ khi họ thực sự sử dụng. Các kết nối công ty có thể được phục vụ tốt hơn bằng cách đo thông lượng giữa các văn phòng được kết nối bằng kết nối kênh thuê riêng của nhà cung cấp dịch vụ.
 
- Quản lý băng thông (Bandwidth management)

• Để thực hiện quản lý băng thông thích hợp, hoặc kiểm soát Chất lượng Dịch vụ (QoS), trước tiên người ta phải hiểu băng thông được sử dụng. Sau khi xác định, một phép đo liên tục sẽ đảm bảo rằng tất cả người dùng có được băng thông cần thiết.

 
- Giới hạn băng thông (Bandwidth throttling)

• Khi đã hiểu rõ các kiểu sử dụng băng thông và nếu người dùng hoặc ứng dụng cụ thể đang làm giảm hiệu suất mạng cho những người khác, thì có thể sử dụng các công cụ để giới hạn lượng băng thông mà họ đang sử dụng.

 
- Băng thông tối đa (Bandwidth maximums)

• Một số loại kết nối có băng thông xác định tối đa. Băng thông thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm môi trường, hệ thống cáp và cách sử dụng, và thường nhỏ hơn mức tối đa lý thuyết.

 
- Tiêu chuẩn băng thông có dây cho các kết nối:

Dialup Modem	56 kbps
T1 (Digital leased landline connection)	1.544 Mbps
E1 (Digital leased landline connection European)	2.048 Mbps
Asynchronous DSL	4 Mbps
Ethernet	10 Mbps
T3 (Digital leased landline connection)	44.763 Mbps
VDSL	55 Mbps
VDSL 2	100 Mbps
Fast Ethernet	100 Mbps
OC3 (Ficer optic leased landline connection)	155 Mbps
OC 12 (Ficer optic leased landline connection)	622 Mbps
Gigabit Ethernet	1000 Mbps or 1 Gbps
VSDL 2 Vplus	300 Mbps
10 Gigabit Ethernet	10 Gbps
100 Gigabit Ethernet	100 Gbps

 
- Tốc độ tải xuống tối đa theo tiêu chuẩn mạng không dây

• Tốc độ kết nối mạng không dây rất khác nhau tùy thuộc vào các điều kiện của kết nối. Các số dưới đây là tốc độ băng thông tối đa theo tiêu chuẩn hoặc thông số kỹ thuật.

802.11b	11 Mbps
802.11g	54 Mbps
802.11n	600 Mbps
802.11ac	600 Mbps
3G - HSPA	7.2 Mbps
3G - HSPA+	21 Mbps
3G - DC-HSPA+	42 Mbps
4G - LTE	100 Mbps
5G (proposed)	1 Gpbs (or higher)

 
 

6. Mua băng thông

- Băng thông thường được mua từ các công ty viễn thông. Hầu hết băng thông của người tiêu dùng được bán là “tối đa” có nghĩa là khách hàng có thể nhận được tới 40 MB / s, nhưng không phải lúc nào cũng có tốc độ đó khi sử dụng kết nối. Tốc độ có thể cao hơn hoặc thấp hơn vào các thời điểm khác nhau trong ngày hoặc trong các trường hợp khác nhau. Băng thông công ty cũng thường được mua từ các công ty viễn thông. Tuy nhiên, nhiều thỏa thuận của công ty đi kèm với các biện pháp thực hiện hợp đồng phải được đáp ứng, bao gồm băng thông có thể sử dụng tối thiểu, thời gian hoạt động tối thiểu và các chỉ số khác.
 
- Ngoài ra, đo băng thông có thể được sử dụng để tính phí cho việc sử dụng cụ thể thay vì kết nối đầy đủ. Ví dụ: chủ sở hữu trang web chỉ có thể trả tiền cho máy chủ lưu trữ trang web cho lượng băng thông được sử dụng bởi trang web cụ thể đó trong một khoảng thời gian, chẳng hạn như chu kỳ thanh toán hàng tháng.
 

7. Các vấn đề về băng thông
- Băng thông quá ít (Too little bandwidth)

• Mặc dù các giao thức hiện đại khá tốt trong việc không làm mất bất kỳ gói tin nào, nhưng băng thông hạn chế vẫn có thể khiến các hoạt động hoàn thành quá lâu, dẫn đến hết thời gian chờ “timeouts” hoặc các vấn đề khác. Những vấn đề này có thể gây ra lỗi ứng dụng hoặc lỗi cơ sở dữ liệu. Khi sao lưu “Backing up” hoặc sao chép “Copying” dữ liệu qua mạng, băng thông quá ít có thể khiến quá trình sao lưu mất quá nhiều thời gian, thường chạy vào các tiến trình xử lý hàng loạt “Batch Processes” khác hoặc thậm chí là giờ làm việc chính.

• Ngoài ra, người dùng dựa vào kết nối có quá ít băng thông có thể nhận thấy thời gian trễ “Lag times” kéo dài giữa khi họ thực hiện một hành động nào đó, chẳng hạn như nhấp vào một nút và phản hồi đối với hành động đó. Trong trường hợp phải chờ tải thông tin hoặc dữ liệu khác, băng thông quá ít có thể khiến các thao tác mất nhiều thời gian, thậm chí khiến người dùng phải bỏ công chờ đợi.

• Đối với người dùng đang cố gắng thực hiện cuộc gọi qua mạng, chẳng hạn như Giao thức thoại qua Internet VoIP (VoIP - Voice over Internet Protocol), băng thông quá ít dẫn đến chất lượng cuộc gọi thấp hơn. Hầu hết các hệ thống VoIP làm giảm độ trung thực của cuộc gọi dựa trên băng thông khả dụng. Nếu không có đủ băng thông, cuộc gọi có thể phát ra âm thanh “nhỏ” hoặc có tiếng vọng “echo-y”. Nếu chất lượng quá tệ, có thể có khoảng trống thực tế trong cuộc gọi, nơi các phần của cuộc trò chuyện bị bỏ lỡ.

• Cuộc gọi điện video thậm chí còn yêu cầu nhiều băng thông hơn. Các cuộc gọi video được thực hiện mà không có băng thông cần thiết sẽ không chỉ dẫn đến chất lượng âm thanh kém mà còn chất lượng thấp hoặc video bị giật.

• Đối với người dùng internet, Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ (FCC) khuyến nghị băng thông tối thiểu là 4 Mbps để có đủ hiệu suất khi phát video ở chất lượng HD. Nhiều trình phát video sẽ hoạt động với ít băng thông hơn bằng cách "lưu vào bộ đệm" hoặc tải dữ liệu xuống trước thời điểm nó thực sự được hiển thị. Nếu kết nối quá chậm, người dùng sẽ phải đợi một lúc lâu trước khi video bắt đầu trong khi hệ thống đệm nhiều dữ liệu hoặc video có thể dừng đột ngột khi hệ thống hết video đã đệm để phát.

• Các game thủ cũng thường thất vọng vì băng thông hạn chế. Trong khi chơi với những người chơi khác trực tuyến, những người chơi có kết nối nhanh hơn sẽ thấy những gì đang diễn ra nhanh hơn và dữ liệu về phản ứng của họ được truyền và nhận nhanh hơn. FCC khuyến nghị tốc độ tải xuống tối thiểu là 4 Mb / giây cho Trò chơi nhiều người chơi trực tuyến ở chế độ HD.

Email	0.5 Mbps
Web Browsing	0.5 Mbps to 1.0 Mbps
Streaming Music	0.5 Mbps
Phone Calls (VoIP)	0.5 Mbps
Streaming Videos	0.7 Mbps
Streaming Movies (Non-HD)	1.5 Mbps
Streaming HD Quality Movies	4 Mbps
Basic Video Conferencing	1 Mbps
HD Video Conferencing	4 Mbps
Internet Connected Game Console	1 Mbps
Online Multiplayer HD Gaming	4 Mbps

                                      Bảng tốc độ tải xuống yêu cầu tối thiểu của FCC
 

- Quá nhiều băng thông (Too much bandwidth)

• Có một số vấn đề kỹ thuật do quá nhiều băng thông. Tuy nhiên, băng thông dung lượng cao hơn thường tốn nhiều tiền hơn. Do đó, quá nhiều băng thông có thể không hiệu quả về chi phí.

 
- Độ trễ (Latency)

• Thiết kế mạng và cơ sở hạ tầng cũng có thể tạo ra các vấn đề về băng thông. Độ trễ “Latency” là thông số để đo độ trễ “delays” trên mạng có thể gây ra thông lượng hoặc chất lượng thấp hơn. Mạng có độ trễ “Latency” thấp có độ trễ “delays” ngắn, trong khi mạng có độ trễ “Latency” cao có độ trễ “delays” lâu hơn. Độ trễ cao ngăn không cho dữ liệu sử dụng hết khả năng của mạng, do đó làm giảm băng thông.

8. Khắc phục sự cố về băng thông
- Tìm và khắc phục các vấn đề về băng thông giúp cải thiện hiệu suất mạng mà không cần nâng cấp tốn kém.
 
- Ping và Traceroute

• Các công cụ như Ping và traceroute có thể giúp khắc phục các sự cố cơ bản, chẳng hạn như Ping một máy chủ thử nghiệm, sẽ trả về thông tin về tốc độ gửi và nhận dữ liệu cũng như thời gian trung bình khứ hồi. Thời gian ping cao cho thấy độ trễ trong mạng cao hơn. Công cụ traceroute có thể giúp xác định xem có quá nhiều kết nối mạng riêng lẻ hoặc bước nhảy dọc theo đường dẫn kết nối hay không. Ngoài ra, traceroute trả về thời gian thực hiện của mỗi bước nhảy. Thời gian dài hơn trên một bước nhảy có thể xác định nguồn gốc của sự cố.

 
- TTCP

• TTCP đo thời gian để dữ liệu truyền từ giao diện mạng này sang giao diện mạng khác bằng bộ thu ở đầu bên kia. Điều này giúp loại bỏ chuyến trở về “return trip” khỏi tính toán và có thể giúp xác định nhanh các vấn đề. Nếu băng thông đo được nhỏ hơn dự kiến, các phép đo tiếp theo có thể cô lập vấn đề. Phép đo đối với giao diện khác trên cùng một mạng có hoạt động nhanh hơn không? Nếu vậy, sự khác biệt giữa hai hệ thống là ở đâu? Bằng cách liên tục đo băng thông, quản trị viên có thể nhắm mục tiêu các điểm nghẽn “bottlenecks” trong mạng.

 
- Giám sát mạng PRTG

• Với giao diện thu thập dữ liệu và vẽ đồ thị, PRTG cũng có thể giúp khắc phục sự cố băng thông không liên quan đến thiết kế. Ví dụ: bằng cách đo việc sử dụng băng thông theo thời gian, có thể xác định rằng một số người dùng hoặc ứng dụng nhất định đôi khi đang sử dụng lượng băng thông cao hơn và gây ra tắc nghẽn mạng, làm chậm khả năng phản hồi của mạng và tốc độ internet cho những người dùng khác.