Trong bối cảnh công nghệ phát triển không ngừng, mặc dù kết nối không dây (Wi-Fi) đang trở nên phổ biến, nhưng các kết nối có dây (Ethernet) vẫn giữ vai trò cốt lõi và không thể bị thay thế hoàn toàn, đặc biệt là khi cần đến độ ổn định và thông lượng cao. Tuy nhiên, bản thân giao thức Ethernet cũng có những giới hạn thiết kế nhất định, ảnh hưởng đến hiệu suất của các tác vụ truyền tải dữ liệu dung lượng lớn. Một trong những giải pháp được đề xuất để tối ưu hóa những luồng dữ liệu này là sử dụng Jumbo Frame, cho phép gửi một lượng tải trọng dữ liệu lớn hơn trong mỗi gói tin Ethernet mà vẫn giữ nguyên chi phí xử lý (overhead) như gói tin MTU tiêu chuẩn 1500 byte. Về lý thuyết, chúng có thể hữu ích nếu mạng của bạn đạt tốc độ 2.5GbE hoặc nhanh hơn, vì đôi khi các gói dữ liệu nhỏ hơn có thể gây ra nhiều lưu lượng và làm chậm mạng. Vậy Jumbo Frame là gì và liệu chúng có thực sự mang lại lợi ích đáng kể cho mạng gia đình hay không? Hãy cùng 123thuthuat.com tìm hiểu qua phân tích chi tiết và trải nghiệm thực tế.
Jumbo Frame là gì? Hiểu rõ hơn về gói tin Ethernet lớn
Chi phí giao thức và cách tăng kích thước gói tin có thể giúp ích
Khi dữ liệu được gửi qua mạng Ethernet, gói tin Ethernet tiêu chuẩn bao gồm một phần tiêu đề (header) 14 byte, một chuỗi kiểm tra khung (Frame Check Sequence – FCS) 4 byte và một tải trọng dữ liệu (payload) lên đến 1.500 byte. Giới hạn 1.500 byte này chính là Đơn vị Truyền tải Tối đa (Maximum Transmission Unit – MTU), là ngưỡng giới hạn cho hầu hết các thiết bị mạng trước khi các khung dữ liệu đó bị phân mảnh hoặc bị loại bỏ hoàn toàn. Đây vẫn là tiêu chuẩn hiện hành, mặc dù nó được thiết kế từ rất lâu trước khi xuất hiện các ứng dụng yêu cầu thông lượng cao và độ trễ thấp như ngày nay.
Cài đặt Jumbo Frame trên Windows trong cấu hình card mạng LAN
Một Jumbo Frame giữ nguyên phần tiêu đề và chuỗi kiểm tra khung, nhưng tăng kích thước tải trọng MTU lên 4.000 hoặc thậm chí 9.000 byte. Điều này có nghĩa là mỗi khung có thể chứa lượng dữ liệu lớn gấp sáu lần với cùng một chi phí xử lý, về mặt lý thuyết có thể cải thiện tốc độ truyền dữ liệu vì phần cứng định tuyến của bạn không phải làm việc quá tải. Trên thực tế, có một danh sách các yêu cầu cần được đáp ứng để chúng hoạt động ổn định, và theo kinh nghiệm cá nhân của chúng tôi, việc này không đáng công sức bỏ ra, ngay cả với tốc độ 10GBase-T.
Jumbo Frame chỉ hoạt động trên các phân đoạn mạng có dây, tức là không hỗ trợ Wi-Fi. Mọi phân đoạn và thiết bị trong đường truyền phải hỗ trợ chúng và được cấu hình cùng một MTU. Nếu không, các gói tin sẽ bị phân mảnh trở lại thành 1500 MTU, và bạn chỉ có thể nhận thấy sự gia tăng hiệu suất ở các tác vụ truyền tải tốc độ tối đa giữa các hệ thống lưu trữ mạng (NAS) hoặc mạng lưu trữ (SAN) toàn bộ bằng ổ cứng thể rắn (all-flash), hoặc một số khối lượng công việc giữa các máy tính hiệu năng cao. Ngoài ra, chúng cũng mang lại lợi ích cho các phần cứng cũ hơn so với các hệ thống mới, vì chi phí xử lý thấp hơn sẽ giảm tải cho CPU.
Kết quả kiểm tra iperf3 trên Synology NAS với MTU chuẩn 1500
Thực trạng: Vấn đề của Jumbo Frame trong môi trường mạng gia đình
Có thể gặp nhiều vấn đề hơn là lợi ích
Mặc dù nhiều thiết bị mạng gia đình và máy khách có hỗ trợ Jumbo Frame, việc khiến chúng hoạt động trơn tru tại nhà lại là một vấn đề đau đầu. Chúng hoạt động tốt hơn trên một số hệ điều hành so với những hệ điều hành khác, và trên một số thiết bị mạng tốt hơn những thiết bị khác, đồng thời mọi thiết bị trong đường truyền mạng đều phải hỗ trợ cùng một kích thước khung.
Switch mạng chính của chúng tôi hỗ trợ Jumbo Frame lên đến 12.000 byte mà không cần cấu hình, và sẽ chuyển tiếp chúng nếu được cài đặt trên các thiết bị khác. Điều này giúp việc thiết lập dễ dàng hơn một phần, nhưng chúng tôi đã thử cài đặt Jumbo Frame 9.000 MTU trên PC Ryzen (hoạt động, nhưng chỉ có bộ chuyển đổi mạng 2.5GbE, nên thông lượng không thay đổi), PC Arrow Lake (có bộ chuyển đổi Mellanox 10GbE, thông lượng bị giảm, cho thấy có điều gì đó không ổn với máy đó), và một NAS Synology với 10GbE, nơi nó hoạt động như mong đợi.
Kiểm tra hiệu suất iperf3 với Jumbo Frame 9000 trên mạng 2.5GbE
Chúng tôi đã thử nghiệm với cả iperf3 (với một luồng và 20 luồng) và kéo thả các file lưu trữ 200GB, do đó khá chắc chắn rằng bài kiểm tra đã lấp đầy băng thông khả dụng ở mỗi giai đoạn. Điều này thể hiện rõ ở liên kết mạng 2.5GbE, vốn hoạt động nhanh như mong đợi. Chúng tôi sẽ phải thực hiện thêm một số kiểm tra trên bộ chuyển đổi 10GbE để xem điều gì đang xảy ra ở đó, nhưng cho đến nay, Jumbo Frame chưa tạo ra sự khác biệt đáng kể về tốc độ trên mạng của chúng tôi.
Jumbo Frame nên ở lại trung tâm dữ liệu
Điều mà Jumbo Frame mang lại cho chúng tôi là những cơn đau đầu. Các gói tin bị chia nhỏ khi chúng đi qua các thiết bị khác cắm vào switch mà không bật Jumbo Frame, và việc duyệt Internet trở thành một trải nghiệm thú vị. Một số trang tải đúng cách, một số bị chậm, và chúng tôi không thể ping một số máy chủ DNS bên ngoài khi đặt MTU 9.000. Điều này cũng dễ hiểu, Jumbo Frame được thiết kế cho một trường hợp sử dụng cụ thể và nên được sử dụng trên các phân đoạn mạng riêng biệt không kết nối với Internet hoặc các thiết bị MTU thấp hơn.
Hơn nữa, phần cứng PC của chúng tôi đều là CPU cao cấp, và các bộ chuyển mạch (managed switch) và bộ định tuyến (router) đang sử dụng đều mạnh hơn đáng kể so với những thiết bị khi Jumbo Frame mới được giới thiệu. Chúng tôi không chắc thiết lập hiện tại của mình có thể hưởng lợi từ Jumbo Frame, và đây cũng sẽ là câu chuyện tương tự đối với hầu hết người dùng gia đình.
Jumbo Frame chỉ có lợi cho một số tác vụ, nhưng toàn bộ chuỗi truyền dẫn phải hỗ trợ
Chắc chắn có những trường hợp sử dụng Jumbo Frame trên các phân đoạn mạng gia đình, nhưng không có tác vụ nào chúng tôi thực hiện trên mạng gia đình hoặc phòng lab của mình phù hợp với điều kiện đó. Đúng là chúng tôi có mạng nhanh hơn Gigabit Ethernet, nhưng chúng tôi đã thử nghiệm và không thấy sự khác biệt giữa MTU chuẩn và Jumbo Frame. Nếu mạng gia đình của bạn vẫn đang sử dụng 1GbE hoặc bạn chủ yếu dùng Wi-Fi, Jumbo Frame sẽ gây ra nhiều vấn đề hơn là giải pháp.
Kết luận
Qua phân tích và trải nghiệm thực tế, có thể thấy Jumbo Frame, dù mang lại lợi ích lý thuyết về việc tối ưu hóa truyền tải dữ liệu dung lượng lớn bằng cách giảm chi phí xử lý trên mỗi gói tin, nhưng lại bộc lộ nhiều hạn chế đáng kể trong môi trường mạng gia đình. Yêu cầu khắt khe về việc toàn bộ chuỗi thiết bị phải hỗ trợ và được cấu hình đồng bộ MTU, cùng với những vấn đề phát sinh như phân mảnh gói tin và ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm duyệt web, khiến chúng trở nên không phù hợp với đại đa số người dùng phổ thông.
Jumbo Frame thực sự phù hợp hơn với các trung tâm dữ liệu hoặc các phân đoạn mạng chuyên dụng, nơi có các tác vụ truyền tải dữ liệu siêu lớn giữa các thiết bị hiệu suất cao và có thể được quản lý chặt chẽ. Đối với đa số người dùng mạng gia đình, đặc biệt là những người vẫn sử dụng mạng 1GbE hoặc chủ yếu phụ thuộc vào Wi-Fi, việc kích hoạt Jumbo Frame không chỉ không mang lại lợi ích rõ rệt mà còn có nguy cơ gây ra nhiều sự cố kết nối không mong muốn. Thay vào đó, việc tập trung vào nâng cấp hạ tầng mạng cơ bản, sử dụng cáp và thiết bị chất lượng, sẽ là cách hiệu quả hơn để đạt được hiệu suất tối ưu cho mạng gia đình của bạn.
Bạn đã từng thử Jumbo Frame trên mạng gia đình chưa? Hãy chia sẻ kinh nghiệm của bạn ở phần bình luận để cùng thảo luận và tìm ra những giải pháp tối ưu cho cộng đồng 123thuthuat.com!
