Control de acceso al medio

En los estándares IEEE 802 LAN/MAN, la subcapa de control de acceso al medio (MAC por sus siglas de medium access control) es la capa que controla el hardware responsable de la interacción con el medio de transmisión alámbrico, óptico o inalámbrico. La subcapa MAC y la subcapa de control de enlace lógico (LLC) juntas forman la capa de enlace de datos. Dentro de la capa de enlace de datos, LLC proporciona control de flujo y multiplexación para el enlace lógico (es decir, EtherType, etiqueta VLAN 802.1Q, etc.), mientras que 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 las implementaciones de IEEE 802.3 (entonces los marcos son "sin formato"), pero obligatorio para las implementaciones de otros estándares de capa física de 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 del enlace físico son invisibles para LLC y las capas superiores de la pila de red. Por lo tanto, cualquier subcapa LLC (y capas superiores) puede usarse con cualquier MAC. A su vez, el bloque de control de acceso al medio está conectado formalmente al PHY a través de una interfaz independiente del medio. Si bien el bloque MAC hoy en día generalmente se integra con el PHY dentro del mismo paquete de dispositivo, históricamente cualquier MAC podría usarse con cualquier PHY,

Al enviar datos a otro dispositivo en la red, la subcapa MAC encapsula tramas de nivel superior en tramas apropiadas para el medio de transmisión (es decir, la MAC agrega un preámbulo de palabra sincronizada y también relleno si es necesario), agrega una secuencia de verificación de tramas 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 al iniciar 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 al verificar las secuencias de verificación de tramas del remitente,

Funciones realizadas en la subcapa MAC

De acuerdo con IEEE Std 802-2001 sección 6.2.3 "Subcapa MAC", las funciones principales realizadas por la capa MAC son:

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

En el caso de Ethernet, las funciones requeridas de un MAC son:

• recibir/transmitir tramas normales
• funciones de backoff y retransmisión semidúplex
• añadir/comprobar FCS (secuencia de comprobación de fotogramas)
• aplicación de la brecha entre fotogramas
• descartar marcos malformados
• Prepend(tx)/remove(rx) preámbulo, SFD (delimitador de cuadro de inicio) y relleno
• Compatibilidad semidúplex: agregar (tx)/eliminar (rx) dirección MAC

Mecanismo de direccionamiento

Las direcciones de red local utilizadas en redes IEEE 802 y redes FDDI se denominan direcciones de control de acceso a medios; 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 normalmente se asignan al hardware de interfaz de red en el momento de la fabricación. La parte más significativa de la dirección identifica al fabricante, quien 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,

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

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

Mecanismo de control de acceso al canal

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 a un mismo medio físico lo compartan. Ejemplos de medios físicos compartidos son redes de bus, redes de anillo, redes de concentrador, redes inalámbricas y enlaces punto a punto semidúplex. El método de acceso múltiple puede detectar o evitar colisiones de paquetes de datos si se usa un método de acceso al canal basado en contención en modo paquete, o reservar recursos para establecer un canal lógico si se usa 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 multiplex 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 de topología en estrella basada en concentrador. Una red Ethernet se puede dividir en varios dominios de colisión, interconectados por puentes y conmutadores.

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

Mecanismo de control de acceso al canal para transmisión concurrente

El uso de antenas direccionales y comunicación de ondas milimétricas en una red de área personal inalámbrica aumenta la probabilidad de programación simultánea de transmisiones que no interfieren en un área localizada, lo que da como resultado un enorme aumento en el rendimiento de la red. Sin embargo, la programación óptima de la transmisión concurrente es un problema NP-difícil.

Redes celulares

Las redes celulares, como las redes GSM, UMTS o LTE, también utilizan una capa MAC. El protocolo MAC en las redes celulares está diseñado para maximizar la utilización del costoso espectro con licencia. La interfaz aérea de una red celular está en las capas 1 y 2 del modelo OSI; en la capa 2, se divide en varias capas de protocolo. En UMTS y LTE, esos protocolos son el protocolo de convergencia de datos en 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 para UMTS, TS 36.321 para LTE y TS 38.321 para 5G.