Ánh sáng trong cáp quang chỉ đi khoảng hai phần ba c, nên mỗi 100 km đường truyền tốn khoảng 1 ms RTT. Đây là mức sàn vật lý của ping.
Bạn có thể mua thêm băng thông, router tốt hơn, gói cước nhanh hơn, nhưng ping tới máy chủ ở châu lục khác gần như không đổi. Đó không phải lỗi của đường truyền, mà là vật lý: tín hiệu cần thời gian để vượt qua khoảng cách, và không nâng cấp nào làm nó đi nhanh hơn ánh sáng. Dưới đây là phép tính đằng sau mức sàn đó, lý do ping thực tế luôn cao hơn nó, và ý nghĩa với kiểm tra tốc độ, VPN và vệ tinh.
Tóm tắt nhanh
- Ánh sáng trong sợi thủy tinh chậm hơn trong chân không. Blog mạng của APNIC nêu khoảng 194.865 km/s cho cáp quang, so với 299.792 km/s trong chân không — xấp xỉ hai phần ba c.
- Quy tắc ngón tay cái (phép tính suy ra, không phải số đo thực tế): khoảng 1 ms thời gian khứ hồi (RTT) cho mỗi ~100 km đường cáp quang một chiều. Đây là mức tối thiểu.
- Ping thực tế luôn cao hơn mức sàn. Cáp không đi thẳng, định tuyến vòng vèo, hàng đợi thêm độ trễ, và chặng cuối cũng có chi phí riêng.
- Chỉ khoảng cách quyết định mức sàn. Băng thông, chất lượng router và gói cước thay đổi thông lượng, không thay đổi thời gian ánh sáng cần để đi hết quãng đường.
- Bạn có thể so ping của mình với mức sàn bằng kiểm tra tốc độ mạng: nếu kết quả cao hơn nhiều, nguyên nhân nằm ở đường đi hoặc hàng đợi, không phải tốc độ ánh sáng.
Mức sàn: ánh sáng đi nhanh thế nào trong cáp quang
Trong chân không, ánh sáng đi 299.792 km mỗi giây; trong thủy tinh thì chậm hơn. Bài viết của APNIC về độ trễ vệ tinh và cáp quang cho biết tốc độ ánh sáng trong thủy tinh hoặc cáp quang xấp xỉ 194.865 km/s, tức khoảng 65% giá trị trong chân không, hay "khoảng hai phần ba" c.
Con số này quy ngay ra độ trễ theo km. Với khoảng 194.865 km/s, ánh sáng đi được khoảng 195 km mỗi mili giây, nên 1 km một chiều mất khoảng 5 micro giây. Mọi con số bên dưới đều suy ra từ đúng một giá trị này.
Quy tắc: khoảng 1 ms cho mỗi 100 km
Ping là khứ hồi: gói tin đi và phản hồi quay lại, nên quãng đường được đi hai lần.
- Độ trễ một chiều = chiều dài đường truyền ÷ 194,9 km/ms.
- Thời gian khứ hồi (RTT) = gấp đôi giá trị đó.
- Vì vậy 100 km đường truyền tốn khoảng 100 ÷ 194,9 × 2 ≈ 1,03 ms RTT.
Áp dụng cho vài khoảng cách đường tròn lớn quen thuộc (số xấp xỉ, theo đường thẳng — không cáp thực tế nào đi chính xác như vậy):
| Tuyến | Khoảng cách đường thẳng | Tối thiểu một chiều | RTT tối thiểu |
|---|---|---|---|
| Cùng khu vực đô thị | ~50 km | ~0,3 ms | ~0,5 ms |
| London – New York | ~5.570 km | ~29 ms | ~57 ms |
| London – Sydney | ~17.000 km | ~87 ms | ~175 ms |
Đây là các mức sàn tính từ công thức trên. Chúng được gắn nhãn là phép tính suy ra có chủ ý: đó là giới hạn vật lý cho phép, không phải thứ một nhà mạng cụ thể cung cấp. Nếu ai đó nói ping London – New York là 40 ms thì số liệu có vấn đề, vì với đường cáp quang dài như vậy mức sàn là khoảng 57 ms.
Về định nghĩa chính xác của đại lượng được đo, xem độ trễ khứ hồi trong RFC 2681 và độ trễ một chiều trong RFC 7679 của IETF. Mục thuật ngữ về độ trễ của MDN cho góc nhìn phía trình duyệt.
Vì sao ping thực tế cao hơn mức sàn
Mức sàn giả định có một sợi quang thẳng giữa hai điểm và không gì khác. Đường truyền thực tế thêm độ trễ theo bốn cách:
- Cáp không phải đường tròn lớn. Cáp quang đi theo bờ biển, hành lang đường sắt và đáy biển, nên dài hơn đường thẳng.
- Định tuyến đi vòng. Lưu lượng theo thỏa thuận thương mại và peering chứ không theo hình học; gói tin giữa hai thành phố gần nhau có thể đi qua một điểm trao đổi rất xa.
- Hàng đợi thêm độ trễ. Mỗi router giữ gói tin trong chốc lát, còn bộ đệm quá lớn giữ rất lâu. Xem bufferbloat để biết đường truyền bận làm ping vọt lên thế nào.
- Chặng cuối có chi phí riêng. Wi-Fi, cáp đồng trục, DSL và sóng di động đều thêm thời gian xử lý và lập lịch trước khi gói tin vào cáp quang.
Những con số "điển hình" theo từng quốc gia hay nhà mạng chỉ là phỏng đoán, nên thói quen hữu ích đơn giản hơn: tính mức sàn cho khoảng cách của bạn, rồi coi khoảng chênh giữa mức sàn và ping đo được là phần có thể cải thiện.
Vệ tinh: một kiểu khoảng cách khác
Vệ tinh địa tĩnh nằm ở độ cao khoảng 36.000 km phía trên xích đạo (khoảng 35.786 km), và tín hiệu phải đi lên rồi quay xuống. Bài của APNIC tính rằng với trạm mặt đất ở vĩ độ 45° cùng kinh tuyến với vệ tinh, thời gian tín hiệu đi từ Trái Đất tới vệ tinh và quay lại xấp xỉ 260 ms. Đó mới là một lượt lên và xuống, chưa kể bất kỳ router nào trên mặt đất xử lý gói tin. Yêu cầu và phản hồi mỗi bên đều phải đi một lượt như vậy, nên ping qua liên kết vệ tinh địa tĩnh khởi điểm đã gấp khoảng đôi con số đó, tức hơn nửa giây. Các chòm vệ tinh quỹ đạo thấp bay gần mặt đất hơn nhiều nên mức sàn vật lý thấp hơn nhiều, nhưng quy tắc vẫn vậy: chiều dài đường truyền chia cho tốc độ tín hiệu là mức tối thiểu.
Điều này có ý nghĩa gì trong thực tế
- Chọn máy chủ kiểm tra tốc độ gần nhất. Máy chủ ở xa đo khoảng cách không kém gì đường truyền của bạn, nên cùng một kết nối có thể cho độ trễ rất khác nhau giữa các lần đo. Xem cách kiểm tra tốc độ chọn và đo và vì sao kết quả thay đổi.
- Lối ra VPN ở xa tự mang một mức sàn. Đường vòng qua máy chủ VPN kéo dài quãng đường cả hai chiều, và không tinh chỉnh giao thức nào xóa được điều đó. Phân tích đầy đủ có trong vì sao VPN làm chậm kết nối.
- Độ trễ độc lập với băng thông. Gói cước nhanh hơn không rút ngắn hành trình. Mối quan hệ giữa hai thứ này nằm trong giải thích các chỉ số tốc độ internet, còn biến thiên của độ trễ là jitter.
- RTT cho biết giới hạn trên của khoảng cách, không cho biết vị trí. Vì không gì vượt được mức sàn, ping 10 ms nghĩa là đầu bên kia không thể xa hơn khoảng 1.000 km cáp quang. Hàng đợi và đường vòng khiến khoảng cách thật ngắn hơn giới hạn đó, nên độ trễ chỉ loại trừ được một số nơi chứ không xác định được một điểm. Phần lớn dữ liệu vị trí IP đến từ cơ quan đăng ký và cơ sở dữ liệu chứ không phải từ đo thời gian, và cũng có sai số riêng — xem định vị địa lý theo IP chính xác đến đâu.
So ping của bạn với mức sàn
Kiểm tra tốc độ mạng của BrowserInsight đo độ trễ bằng thời gian trình duyệt nhận về một phản hồi rất nhỏ từ điểm kiểm tra, lấy trung bình qua nhiều lần gửi. Điểm kiểm tra chạy trên mạng của Cloudflare, thường được một trung tâm dữ liệu gần bạn trả lời, nên kết quả vài mili giây đến vài chục mili giây chủ yếu phản ánh chặng cuối và mạng nội bộ của bạn. Bản thân điều đó đã hữu ích: nếu ngay cả độ trễ ở cự ly gần này đã cao, vấn đề nằm ở Wi-Fi, đường truy cập hoặc đường truyền đang bận, không phải ở khoảng cách.
Cùng trang này còn đo thời gian gửi yêu cầu tới vài trang web lớn. Các con số đó gồm nhiều thứ hơn mức sàn tốc độ ánh sáng, vì mỗi lần là một yêu cầu HTTP đầy đủ từ trình duyệt và máy chủ gần nhất của trang đó có thể ở xa, nhưng phép so sánh vẫn có ích: nếu một trang chậm hơn hẳn các trang khác, đường tới nó dài hoặc đi vòng. Hãy chạy vài lần rồi so với mức sàn ứng với khoảng cách bạn dự đoán; công cụ chỉ báo độ trễ, không hiển thị vị trí máy chủ, nên khoảng cách là do bạn tự ước lượng.
Câu hỏi thường gặp
Nhà mạng tốt hơn hay gói cáp quang có hạ được ping tới máy chủ ở xa không? Chỉ hạ được tới mức sàn. Định tuyến tốt hơn, ít hàng đợi hơn hoặc kết nối có dây có thể thu hẹp khoảng chênh, nhưng không gì vượt được khoảng cách chia cho tốc độ ánh sáng trong cáp quang.
"1 ms mỗi 100 km" có chính xác không? Không. Nó suy ra từ khoảng 194.865 km/s và làm tròn thành ~1,03 ms. Nó bỏ qua độ trễ thiết bị và giả định đường đi ngắn bằng đường thẳng.
Vì sao ping qua vệ tinh cao hơn nhiều? Trên liên kết vệ tinh địa tĩnh, tín hiệu đi lên khoảng 36.000 km rồi xuống lại chừng đó. Trong ví dụ của APNIC, riêng một lượt lên xuống đã mất khoảng 260 ms, mà ping cần một lượt cho mỗi chiều, nên chưa tính độ trễ mặt đất đã hơn nửa giây.
