Toàn tập về các phiên bản và các thông số kỹ thuật của WiFi

Kể từ khi Heinrich Rudolf Hertz, nhà vật lý lỗi lạc người Đức chứng minh sự tồn tại của sóng điện từ, con người đã tìm ra vô số ứng dụng hữu ích của chúng, từ kính thiên văn vô tuyến cho phép chúng ta nhìn vào khoảng không vô cùng xa xôi trong vũ trụ, đến những chiếc lò vi sóng nhỏ bé trong bếp dùng để chế biến thức ăn hằng ngày…

Nhưng có lẽ ứng dụng sóng vô tuyến điện từ trong thông tin liên lạc mới thực sự là bước nhảy quan trọng nhất, là một trong những trụ cột của thời kì bùng nổ công nghệ đang diễn ra khắp nơi trên thế giới.

WiFi là chuẩn truyền thông không dây tầm gần sử dụng dải tần chiếm một phần rất nhỏ trong dải tần số sóng vô tuyến.

Ngày nay, sóng WiFi có thể được tìm thấy ở hầu như mọi gia đình thành phố và cả ở nông thôn, nó là công cụ liên lạc và truyền tải tín hiệu không dây tốc độ cao cho các thiết bị di động.

Dù vậy, có rất ít người dùng cuối biết về các đặc tính của băng tần WiFi để khai thác tối đa khả năng của chuẩn truyền dẫn này.

Do đã đề cập khía cạnh bảo mật mạng WiFi trong một bài viết gần đây thuộc Series bảo mật Kali Linux, chính vì thế trong bài viết này mình sẽ không đề cập lại về các chuẩn bảo mật WiFi nữa, nếu các bạn quan tâm có thể tìm đọc tại đây.

Bài viết hôm nay sẽ tập trung giới thiệu những đặc tính vật lý và thông số cơ bản của mạng WiFi qua các phiên bản.

Đọc thêm:

• Việt Nam đang sử dụng mấy tuyến cáp quang biển ?
• Tìm hiểu về mạng viễn thông (Networking) [Phần 1]
• Dos – DDos là gì ? Hacker tấn công DDos bằng cách nào ?

I. Các đặc tính kỹ thuật của WiFi

#1. Định nghĩa WiFi

WiFi là từ viết tắt của cụm từ Wireless Fidelity, hay mạng 802.11, là hệ thống mạng không dây sử dụng sóng vô tuyến được liên minh WiFi(WiFi alliance) giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1995.

Về mặt bản chất, WiFi sử dụng sóng điện từ giống như sóng di động hay sóng truyền hình. Tuy nhiên, giữa các loại sóng này có sự khác biệt về tần số dẫn đến tính chất và khả năng ứng dụng rất đa dạng của chúng cho nhiều mục đích.

#2. Băng tần WiFi (Band)

Giống như mọi loại sóng vô tuyến khác, sóng WiFi cũng có một thông số đặc trưng là băng tần (Band).

Thực chất băng tần không phải là một tần số cố định như nhiều người vẫn lầm tưởng, mà là một dải tần số dao động giữa giá trị thấp nhất (Fmin) và giá trị cao nhất (Fmax) nằm trong dải sóng vô tuyến.

Hiện nay hầu hết các chuẩn WiFi đều hoạt động trên hai băng tần là 2.4 GHz và 5 GHz, tức là tần số thu phát sóng WiFi sẽ dao động nhỏ xung quanh các giá trị này (ví dụ dải tần WiFi 2.4 GHz là 2.401GHz- 2.495GHz).

Về lý thuyết, tần số càng cao biểu trưng cho khả năng mang thông tin trên một đơn vị thời gian càng lớn, vì sự tăng lên của số chu kì sóng có thể phân chia để mang dữ liệu.

Tuy nhiên, còn nhiều yếu tố khác ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ đường truyền như thuật toán mã hóa-giải mã, phần cứng thu phát sóng, và đặc biệt là độ rộng (Width) của băng tần (Band) được sử dụng (gọi là Bandwidth – băng thông) mà sẽ được trình bày sau đây.

#3. Băng thông WiFi (Bandwidth)

Mới đây một sự kiện khiến tất cả người dùng Internet ở Việt Nam đều vui mừng, Viettel thực hiện nâng gấp đôi băng thông tất cả gói cước cố định mà không tăng phí dịch vụ!

Để cạnh tranh, các ISP khác cũng đã lần lượt có những động thái tương tự khiến mặt bằng tốc độ Internet ở nước ta cải thiện đáng kể!

Như vậy, ngay cả người dùng phổ thông cũng hiểu rằng băng thông chính là con số phản ánh tốc độ đường truyền mạng Internet của mình, thường được đo bằng công cụ Speedtest.net rất phổ biến, đơn vị đo chuẩn là bit/giây (bps).

• Đọc thêm bài viết: Cách kiểm tra tốc độ internet mạng VNPT, FPT, Viettel chính xác

Liệu có sự mâu thuẫn nào không khi ở phần trên mình mới khẳng định băng thông là độ rộng của băng tần, cái lẽ ra phải được đo bằng đơn vị Hertz (Hz) đã nhẵn mặt ở vật lý phổ thông ?

Câu trả lời là cả hai cách giải thích đều được chấp nhận.

Thật vậy, theo cách đầu tiên, băng tần có thể được so sánh như một đường ống nước, băng thông là số đo độ rộng của đường ống đó, còn nước chảy trong đường ống chính là dữ liệu.

Ống nước càng lớn, lưu lượng nước tối đa có thể chảy qua trong 1 khoảng thời gian càng nhiều, tương tự băng thông càng rộng thì lượng dữ liệu tối đa có thể truyền dẫn qua đó càng được nhiều dẫn đến tốc độ truyền càng nhanh.

Như vậy thì theo cách hiểu này, băng thông là độ rộng đường truyền tín hiệu mà từ đó ta có thể quy ra lượng dữ liệu tối đa có thể gửi nhận cùng lúc trên đường truyền – cái thường được ghi trên các bộ phát WiFi hoặc các tài liệu đặc tả đặc tính kỹ thuật của thiết bị viễn thông.

Tuy nhiên, rất ít khi chúng ta khai thác được hết con số nói trên, do tốc độ đường truyền Internet mà ISP cung cấp hầu hết là thấp hơn con số lý thuyết đó (lượng nước chảy đầu vào không đủ làm đầy đường ống).

Chính vì thế mà người ta đã gán lưu lượng dữ liệu thực tế truyền được trong một giây (tính theo bit hoặc byte) cho băng thông như một cách hiểu thứ hai rất phổ biến, dù không chính xác với định nghĩa gốc, để bây giờ chúng ta có những con số nhiều chục Mbps để mà so kè tốc độ mạng với bạn bè!

Lần tới nếu có ai hỏi bạn cắt nghĩa từ băng thông, tốt hơn hết là mở ứng dụng speedtest lên và chỉ cho họ những con số!

Cuối cùng, băng thông được chia thành 2 loại là băng thông tải lên (Upload) và băng thông tải xuống (Download). Thông thường với đường truyền Internet sử dụng mạng cáp quang thì hai thông số này là không chênh lệch nhau nhiều.

II. Các thông số quan trọng của mạng WiFi

#1. Ping

Đối với các bạn game thủ thì ping là con số ác mộng, là yếu tố quyết định thắng bại trong mỗi pha combat bất kể là thể loại MOBA hay FPS.

Ping hiểu đơn giản nhất là độ trễ thời gian tính từ khi gói tin(packet) được gửi đi từ máy bạn cho đến khi nhận được phản hồi từ máy chủ Internet, thường được tính bằng đơn vị mili giây (ms).

Chỉ 1ms ping cao hơn đối thủ cũng khiến bạn phải ôm hận đau đớn, vì dù nhấp chuột cùng lúc, máy chủ sẽ nhận được tín hiệu từ máy có ping thấp trước và do đó có lợi thế tương tự việc nhấp chuột nhanh hơn !

#2. Jitter

Jitter là thông số đặc trưng cho độ ổn định của độ trễ truyền dẫn các gói tin.

Ví dụ, độ trễ trung bình khi smartphone của bạn nhận các gói tin từ máy chủ Skype ổn định quanh 20ms, bạn đơn giản là luôn nghe thấy giọng nói của người ở đầu dây bên kia sau 20ms kể từ khi người đó nói, giống như nghe lại một bản ghi âm liền mạch vậy.

Tuy nhiên, nếu độ trễ tín hiệu đột ngột tăng lên 50ms, sẽ có một khoảng trống thời gian kéo dài 50-20=30ms mà smartphone của bạn không nhận được bất cứ tín hiệu nào, gây ra ngắt quãng âm thanh mà bạn nghe được. Con số thời gian 30ms thu được chính là Jitter, thứ gây ra sự giật lag khó chịu mỗi khi bạn thực hiện đàm thoại trực tiếp qua Internet.

#3. Packet Loss

Packet loss là tỉ lệ tính theo % số gói tin bị mất (thiết bị đích không nhận được từ thiết bị nguồn) trên tổng số gói tin gửi nhận giữa hai thiết bị.

Thông số này cũng gây ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất và tốc độ truyền tin, do các thiết bị trong mạng phải tiến hành gửi lại các packets đã mất.

Trên đường tới máy chủ đích, gói tin phải đi qua nhiều máy chủ trung gian và các thiết bị vật lý hỗ trợ truyền dữ liệu. Với mạng WiFi, AP (Access Point- điểm truy cập) đóng vai trò trung gian kết nối thiết bị của bạn và mạng Internet.

Chưa tính đến quãng đường từ AP ra thế giới Internet rộng lớn, chỉ những yếu tố vật lý cản trở sóng WiFi giữa AP và thiết bị của bạn cũng có thể gây ra vấn đề tăng ping, jitter và packet loss, vốn là những thông số phá hoại trải nghiệm kết nối của bạn !

III. Các phiên bản WiFi

Kể từ khi ra đời, các chuẩn WiFi luôn được cải tiến không ngừng phục vụ cho nhu cầu ngày càng cao của con người. Đến nay đã có 6 chuẩn phổ biến được liên minh WiFi công nhận:

#1. Chuẩn 802.11

• Là chuẩn sơ khai được tổ IEEE giới thiệu đầu tiên vào năm 1997.
• Băng thông lý thuyết tối đa là 2Mbps.
• Sử dụng tần số 2.4 GHz.

#2. Chuẩn 802.11b (WiFi 1)

• Được phát triển từ chuẩn 802.11 sơ khai. Vào 7/1999, tổ chức IEEE đã cho ra đời một chuẩn mới đó là 802.11b.
• Hỗ trợ băng thông tối đa 11Mbps và có sự tương quan với Ethernet truyền thống.
• Sử dụng tần số vô tuyến là 2.4 GHz giống như chuẩn 802.11.

#3. Chuẩn 802.11a (WiFi 2)

• Được tạo đồng thời với chuẩn 802.11b. Tuy nhiên chuẩn 802.11a không được sử dụng rộng rãi vì giá thành cao hơn và vì sự sử dụng phổ biến và nhanh chóng của chuẩn 802.11b.
• Băng thông tối đa lên đến 54 Mbps.
• Sử dụng tần số 5GHz.

#4. Chuẩn 802.11g (WiFi 3)

• Được ra mắt vào khoảng năm 2002-2003. Là sự kết hợp giữa 2 chuẩn 802.11a và 802.11b.
• Băng thông tối đa là 54Mbps.
• Sử dụng tần số 2.4GHz.

#5. Chuẩn 802.11n (WiFi 4)

• Được ra đời vào khoảng năm 2009, nhằm cải thiện cho chuẩn 802.11g với khả năng tăng.
• MIMO (Multi Input Multi Output): sử dụng nhiều ăng-ten thông minh để xử lý các luồng dữ liệu lớn thay vì 1 ăng-ten đơn như các công nghệ khác bằng kỹ thuật ghép kênh và phân chia không gian.
• Băng thông tối đa là 100Mbps .
• Hoạt động trên 2 dải tần 2.4GHz và 5GHz.
• Tương thích với các thiết bị sử dụng chuẩn 802.11g.
• Hiện nay 802.11n là chuẩn WiFi được sử dụng phổ biến nhất nhờ khả năng tương thích cao và tốc độ đáp ứng tốt, cân bằng hiệu năng-độ phủ sóng cho nhiều nhu cầu sử dụng.

#6. Chuẩn 802.11ac (WiFi 5)

• Được mở rộng từ chuẩn 802.11n.
• Hỗ trợ băng thông tối thiểu là 1Gbps. Đối với 1 liên kết lẻ tối thiểu là: 500Mbps.
• Hoạt động ở tần số 5GHz.
• Sử dụng công nghệ MIMO như chuẩn 802.11n (lên đến 8 luồng dữ liệu). Ngoài ra còn có thể sử dụng được cho các kênh có băng thông rộng RF (160MHz, 80Mhz).

#7. Chuẩn 802.11ax (WiFi 6)

• Được IEEE phê chuẩn năm 2019.
• Hỗ trợ băng thông lên đến 14Gbps.
• Hoạt động ở dải tần 5GHz.
• Kết nối tối đa 4 thiết bị cùng một lúc thông qua Multi User – Multi Input Multi Output (MU-MIMO).
• Đây là chuẩn hứa hẹn làm tăng tốc độ WiFi trong tương lai.

Nhìn từ thông số của các chuẩn WiFi nêu trên, các bạn có thể thấy tần số cao hơn chưa chắc đồng nghĩa với tốc độ cao hơn. Đồng thời trên cùng một tần số, hai chuẩn WiFi khác nhau có thể cho những tốc độ truyền dữ liệu rất khác nhau.

Điều đó cho thấy tốc độ đường truyền WiFi được quyết định bởi không chỉ một mà rất nhiều yếu tố.

IV. Lời Kết

Qua bài viết này, chúng ta đã hiểu rõ hơn về những đặc tính kỹ thuật của mạng truyền dẫn không dây WiFi và các chuẩn WiFi phổ biến đã được chứng nhận.

Những kiến thức trên sẽ là nền tảng để đưa ra những phương thức tối ưu tốc độ và trải nghiệm sử dụng trên mạng WiFi, nội dung mà mình sẽ trình bày trong bài viết sau.

Hi vọng các bạn tiếp tục theo dõi và ủng hộ cho blogchiasekienthuc.com để có thêm nhiều kiến thức hữu ích !

Chúc các bạn học tập tốt !

CTV: Vũ Hữu Thăng – Blogchiasekienthuc.com