Transmission modes in computer networks - Các chế độ truyền dẫn trong mạng máy tính

I. Mở đầu

Một trong những nhiệm vụ chính của các thiết bị trong mạng máy tính là truyền tải dữ liệu và tài nguyên. Bên cạnh cấu hình đường truyền và phương tiện truyền dẫn được chúng ta nhắc tới ở bài viết trước, thì các chế độ truyền dẫn (Transmission modes) cũng đóng vai trò quan trọng trong một hệ thống mạng máy tính. Việc lựa chọn chế độ truyền dẫn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả và tốc độ giao tiếp, cũng như khả năng xử lý lưu lượng dữ liệu trong mạng.

Bài viết này chúng ta sẽ xem xét ba kiểu chế độ truyền dẫn chính:

Simplex - truyền đơn công
Half duplex - truyền bán song công
Full duplex - truyền song công toàn phần

II. Simplex transmission mode - Chế độ truyền đơn công

Là chế độ đơn giản nhất, dữ liệu trong chế độ truyền đơn công chỉ được truyền đi theo một hướng duy nhất. Trong chế độ này, một thiết bị chỉ hoạt động với vai trò là nguồn phát tín hiệu, còn thiết bị kia chỉ nhận tín hiệu. Hay nói cách khác, bên gửi chỉ có thể gửi dữ liệu và bên nhận chỉ có thể nhận dữ liệu. Có thể hình dung chế độ truyền simplex giống như một con đường một chiều, các phương tiện giao thông (dữ liệu) chỉ được di chuyển theo một hướng.

Với hình thức hoạt động đơn giản, chế độ truyền simplex được sử dụng trong các thiết bị và hệ thống chỉ cần truyền tải thông tin mà không cần nhận lại phản hồi. Một số ví dụ:

Bàn phím và màn hình: bàn phím chỉ có thể gửi dữ liệu (đóng vai trò input), màn hình chỉ có thể phát dữ liệu (đóng vai trò output). Màn hình chỉ có thể nhận dữ liệu từ bàn phím chứ không thể gửi dữ liệu cho bàn phím.
Radio truyền thanh: Phát sóng từ trạm phát đến radio người nghe, không có giao tiếp ngược lại.
Bảng thông tin điện tử: Hiển thị thông tin từ một nguồn trung tâm mà không nhận tín hiệu phản hồi từ người xem.

Chế độ truyền simplex rất hữu ích trong các ứng dụng cần truyền tải thông tin một chiều, nhưng nó không phù hợp với các ứng dụng cần giao tiếp hai chiều như trò chuyện trực tuyến hoặc giao dịch ngân hàng. Về hiệu suất, chế độ truyền đơn công mang lại hiệu quả kém nhất trong ba chế độ.

III. Half duplex transmission mode - Chế độ truyền bán song công

Khác với truyền đơn công, trong chế độ truyền bán song công, dữ liệu được truyền theo cả hai hướng gửi và nhận, tức thiết bị gửi và thiết bị nhận có thể trao đổi vai trò cho nhau. Tuy nhiên, quá trình này không diễn ra đồng thời, tại một thời điểm, chỉ một bên được phép gửi dữ liệu, bên còn lại phải đợi tới khi bên kia kết thúc mới có thể thực hiện gửi. Chế độ truyền bán song công giống như một con đường "nâng cấp" của truyền simplex: con đường có thể linh hoạt đổi chiều theo thời gian, nhưng các phương tiện vẫn chỉ có thể di chuyển theo một chiều (xuôi hoặc ngược phụ thuộc vào từng thời điểm).

Một số ví dụ:

Bộ đàm (Walkie-talkie): Một người dùng có thể nói (truyền tín hiệu) hoặc nghe (nhận tín hiệu), nhưng không thể làm cả hai cùng một lúc.
Mạng Ethernet cũ: Một số phiên bản cũ của Ethernet sử dụng chế độ half duplex, mỗi thiết bị trên mạng có thể gửi hoặc nhận dữ liệu, nhưng không cùng một lúc.
Mạng không dây: Một số hệ thống mạng không dây hoạt động ở chế độ half duplex để giảm thiểu nhiễu và tối ưu hóa sử dụng băng thông.

Chế độ Half duplex hữu ích trong các tình huống không cần đến giao tiếp hai chiều cùng lúc, hoặc khi giới hạn về phần cứng không cho phép truyền và nhận cùng một lúc. Nó giúp giảm chi phí hệ thống và đơn giản hóa thiết kế mạng.

Dung lượng kênh (Channel capacity) được tính bằng tích của băng thông (Bandwidth) và độ trễ truyền (Propagation Delay)

$\text{Channel capacity}=\text{Bandwidth} \times \text{Propagation Delay}$

IV. Full duplex transmission mode - Chế độ truyền song công toàn phần

Với chế độ full duplex, con đường truyền dữ liệu đã được "mở rộng" thành hai chiều. Dữ liệu trong chế độ truyền song công toàn phần có thể truyền theo hai hướng gửi và nhận, quá trình truyền có thể diễn ra đồng thời tại bất cứ thời điểm nào. Chế độ truyền full duplex cung cấp hiệu suất cao hơn và giảm thời gian đợi so với half duplex và simplex, thích hợp cho các ứng dụng cần giao tiếp hai chiều liên tục và nhanh chóng. Một số ví dụ:

Điện thoại di động: Người dùng có thể nói và nghe cùng một lúc trong cuộc gọi.
Mạng Gigabit Ethernet: Hỗ trợ truyền và nhận dữ liệu đồng thời ở tốc độ cao.
Hệ thống hội nghị truyền hình: Cho phép giao tiếp hai chiều liên tục và mượt mà, với video và âm thanh được truyền tải cùng lúc.

Chế độ truyền full duplex tối ưu cho các ứng dụng cần đến giao tiếp hai chiều nhanh chóng và liên tục, mang lại hiệu quả cao trong truyền dữ liệu và giao tiếp. Tuy nhiên, nó đòi hỏi hệ thống mạng và phần cứng hỗ trợ chế độ này, có thể tăng chi phí thiết lập và bảo trì.

Dung lượng kênh (Channel capacity) được tính bằng hai lần tích của băng thông (Bandwidth) và độ trễ truyền (Propagation Delay)

$\text{Channel capacity}=2\times \text{Bandwidth} \times \text{Propagation Delay}$

V. So sánh ba chế độ truyền

Tiêu chí	Truyền simplex	Truyền half duplex	Truyền full duplex
Chiều truyền dữ liệu	Một chiều	Hai chiều, nhưng tại một thời điểm chỉ truyền một chiều	Hai chiều
Gửi/nhận dữ liệu	Bên gửi/nhận chỉ có thể gửi/nhận dữ liệu	Vai trò gửi/nhận dữ liệu có thể trao đổi cho nhau, nhưng chỉ thực hiện một vai trò tại một thời điểm	Mỗi thiết bị đóng vai trò gửi và nhận dữ liệu đồng thời
Hiệu suất	Kém nhất	Trung bình	Tốt nhất
Ưu điểm	- Chế độ đơn giản, đáng tin cậy nhất - Tiết kiệm chi phí nhất vì chỉ yêu cầu một kênh liên lạc - Quá trình liên lạc đơn gian do không cần sự phối hợp giữa thiết bị truyền và nhận	- Ít tốn kém hơn chế độ truyền full duplex nhưng vẫn đảm bảo truyền dữ liệu hai chiều	- Độ tin cậy và chính xác cao
Nhược điểm	- Không có cách xác nhận dữ liệu đã được nhận hay chưa	- Kém tin cậy hơn chế độ truyền full duplex do hai thiết bị không thể truyền cùng lúc - Có độ trễ giữa truyền và nhận - Phức tạp quá trình liên lạc do cần sự phối hợp giữa thiết bị truyền và nhận	- Tốn kém chi phí vì yêu cầu hai kênh liên lạc - Phức tạp do hai đường truyền riêng biệt về mặt vật lý hoặc phân chia dung lượng kênh