Control de acceso al medio

En los estándares IEEE 802 LAN/MAN , el control de acceso al medio ( MAC ), también llamado control de acceso al medio , es la capa que controla el hardware responsable de la interacción con el medio de transmisión cableado (eléctrico u óptico) o inalámbrico . La subcapa MAC y la subcapa de control de enlace lógico (LLC) forman juntas la capa de enlace de datos . La LLC proporciona control de flujo y multiplexación para el enlace lógico (es decir, EtherType , etiqueta VLAN 802.1Q , etc.), mientras que la MAC proporciona control de flujo y multiplexación para el medio de transmisión.

Estas dos subcapas juntas corresponden a la capa 2 del modelo OSI . Por razones de compatibilidad, LLC es opcional para implementaciones de IEEE 802.3 (las tramas son entonces "en bruto"), pero obligatoria para implementaciones de otros estándares de capa física IEEE 802. Dentro de la jerarquía del modelo OSI y los estándares IEEE 802, la subcapa MAC proporciona una abstracción de control de la capa física de modo que las complejidades del control de enlace físico son invisibles para la LLC y las capas superiores de la pila de red. Por lo tanto, cualquier subcapa LLC (y capas superiores) se puede utilizar con cualquier MAC. A su vez, el bloque de control de acceso al medio está formalmente conectado al PHY a través de una interfaz independiente del medio . Aunque hoy en día el bloque MAC suele estar integrado con el PHY dentro del mismo paquete de dispositivo , históricamente cualquier MAC podía utilizarse con cualquier PHY, independientemente del medio de transmisión.

Al enviar datos a otro dispositivo en la red, la subcapa MAC encapsula los marcos de nivel superior en marcos apropiados para el medio de transmisión (es decir, el MAC agrega un preámbulo de palabra de sincronización y también relleno si es necesario), agrega una secuencia de verificación de marco para identificar errores de transmisión y luego reenvía los datos a la capa física tan pronto como el método de acceso al canal apropiado lo permita. Para topologías con un dominio de colisión (topologías de bus, anillo, malla, punto a multipunto), es necesario controlar cuándo se envían los datos y cuándo esperar para evitar colisiones . Además, el MAC también es responsable de compensar las colisiones iniciando la retransmisión si se detecta una señal de interferencia . Al recibir datos de la capa física, el bloque MAC garantiza la integridad de los datos verificando las secuencias de verificación de marco del remitente y elimina el preámbulo y el relleno del remitente antes de pasar los datos a las capas superiores.

Multiplexing
Analog modulation
AM FM PM QAM SM SSB
Circuit mode (constant bandwidth)
TDM FDM / WDM SDMA Polarization Spatial OAM
Statistical multiplexing (variable bandwidth)
Packet switching Dynamic TDMA FHSS DSSS OFDMA SC-FDM MC-SS
Related topics
Channel access methods Medium access control
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Según la sección 6.2.3 "Subcapa MAC" de la norma IEEE Std 802-2001, las funciones principales que realiza la capa MAC son: ^[2]

• Delimitación y reconocimiento de tramas
• Direccionamiento de estaciones de destino (tanto como estaciones individuales como grupos de estaciones)
• Transmisión de información de direccionamiento de la estación de origen
• Transferencia de datos transparente de PDU LLC o de información equivalente en la subcapa Ethernet
• Protección contra errores, generalmente mediante la generación y verificación de secuencias de verificación de trama
• Control de acceso al medio físico de transmisión

En el caso de Ethernet , las funciones requeridas de una MAC son: ^[3]

• recibir/transmitir tramas normales
• Funciones de retransmisión y retroceso half-duplex
• Añadir/verificar FCS ( secuencia de verificación de cuadros )
• aplicación de la distancia entre cuadros
• descartar marcos malformados
• prepend(tx)/remove(rx) preámbulo, SFD ( delimitador de marco de inicio ) y relleno
• Compatibilidad half-duplex: agregar(tx)/eliminar(rx) dirección MAC

Las direcciones de red local utilizadas en las redes IEEE 802 y las redes FDDI se denominan direcciones MAC ; se basan en el esquema de direccionamiento que se utilizó en las primeras implementaciones de Ethernet . Una dirección MAC está pensada como un número de serie único. Las direcciones MAC se asignan normalmente al hardware de la interfaz de red en el momento de la fabricación. La parte más significativa de la dirección identifica al fabricante, que asigna el resto de la dirección, proporcionando así una dirección potencialmente única. Esto hace posible que las tramas se entreguen en un enlace de red que interconecta hosts mediante alguna combinación de repetidores , concentradores , puentes y conmutadores , pero no mediante enrutadores de capa de red . Así, por ejemplo, cuando un paquete IP llega a su (sub)red de destino, la dirección IP de destino (un concepto de capa 3 o capa de red) se resuelve con el Protocolo de resolución de direcciones para IPv4 , o mediante el Protocolo de descubrimiento de vecinos (IPv6) en la dirección MAC (un concepto de capa 2) del host de destino.

Ejemplos de redes físicas son las redes Ethernet y las redes Wi-Fi , ambas son redes IEEE 802 y utilizan direcciones MAC IEEE 802 de 48 bits.

No se requiere una capa MAC en la comunicación punto a punto full-duplex , pero los campos de dirección se incluyen en algunos protocolos punto a punto por razones de compatibilidad.

Los mecanismos de control de acceso al canal proporcionados por la capa MAC también se conocen como método de acceso múltiple . Esto hace posible que varias estaciones conectadas al mismo medio físico lo compartan. Ejemplos de medios físicos compartidos son las redes de bus , las redes de anillo , las redes de concentradores, las redes inalámbricas y los enlaces punto a punto semidúplex . El método de acceso múltiple puede detectar o evitar colisiones de paquetes de datos si se utiliza un método de acceso al canal basado en contención de modo de paquete , o reservar recursos para establecer un canal lógico si se utiliza un método de acceso al canal basado en canalización o conmutación de circuitos . El mecanismo de control de acceso al canal se basa en un esquema de multiplexación de capa física.

El método de acceso múltiple más extendido es el CSMA/CD basado en contención que se utiliza en las redes Ethernet. Este mecanismo solo se utiliza dentro de un dominio de colisión de red, por ejemplo, una red de bus Ethernet o una red con topología en estrella basada en concentradores. Una red Ethernet puede dividirse en varios dominios de colisión, interconectados por puentes y conmutadores.

No se requiere un método de acceso múltiple en una red dúplex completa conmutada , como las redes Ethernet conmutadas actuales, pero a menudo está disponible en el equipo por razones de compatibilidad.

El uso de antenas direccionales y comunicación por ondas milimétricas en una red de área personal inalámbrica aumenta la probabilidad de programación concurrente de transmisiones sin interferencias en un área localizada, lo que resulta en un inmenso aumento en el rendimiento de la red. Sin embargo, la programación óptima de la transmisión concurrente es un problema NP-hard . ^[4]

Las redes celulares , como las redes GSM , UMTS o LTE , también utilizan una capa MAC. El protocolo MAC en redes celulares está diseñado para maximizar la utilización del costoso espectro licenciado. ^[5] La interfaz aérea de una red celular está en las capas 1 y 2 del modelo OSI; en la capa 2, se divide en múltiples capas de protocolo. En UMTS y LTE, esos protocolos son el Protocolo de convergencia de datos de paquetes (PDCP), el protocolo de control de enlace de radio (RLC) y el protocolo MAC. La estación base tiene control absoluto sobre la interfaz aérea y programa el acceso de enlace descendente, así como el acceso de enlace ascendente de todos los dispositivos. El protocolo MAC está especificado por 3GPP en TS 25.321 ^[6] para UMTS, TS 36.321 ^[7] para LTE y TS 38.321 ^[8] para 5G .

• Controlador de acceso a medios isócrono
• Lista de métodos de acceso al canal
• Reenvío forzado de MAC
• MACsec (IEEE 802.1AE)