El protocolo Medium Access Control (MAC) utilizado en Wi-Fi es un componente fundamental del estándar IEEE 802.11. El protocolo MAC juega un papel crucial a la hora de regular cómo los dispositivos acceden y comparten el medio de comunicación dentro de una red Wi-Fi. Emplea una variante del mecanismo de acceso múltiple con detección de operador y prevención de colisiones (CSMA/CA) para gestionar la contención y garantizar la transmisión ordenada de datos. Aquí hay una explicación detallada del protocolo MAC utilizado en Wi-Fi:
1. Descripción general de IEEE 802.11:
- Redes de área local inalámbricas (WLAN): IEEE 802.11 es un conjunto de estándares que definen las especificaciones para la comunicación inalámbrica en redes de área local, comúnmente conocidas como Wi-Fi.
- Arquitectura en capas: el estándar IEEE 802.11 opera principalmente en las capas física (PHY) y de enlace de datos (MAC) del modelo OSI.
2. Capa de control de acceso al medio (MAC):
- Responsabilidades: la capa MAC es responsable de gestionar el acceso al medio de comunicación compartido, abordando cuestiones relacionadas con la contención, la prevención de colisiones y la transmisión eficiente de datos.
3. Acceso múltiple con detección de operador y prevención de colisiones (CSMA/CA):
- Principio básico: El protocolo MAC en Wi-Fi utiliza CSMA/CA, donde los dispositivos escuchan el canal antes de iniciar las transmisiones.
- Evitar colisiones: al detectar el estado del canal, los dispositivos intentan evitar colisiones posponiendo la transmisión si detectan actividades en curso.
4. Funcionamiento de CSMA/CA:
- Evaluación de canal claro (CCA): los dispositivos realizan CCA para determinar si el canal está libre u ocupado por otras transmisiones.
- Mecanismo de interrupción: si el canal está ocupado, los dispositivos inician un período de interrupción, esperando una duración aleatoria antes de intentar transmitir nuevamente para minimizar la probabilidad de colisiones.
5. Solicitud de envío/Borrar para enviar (RTS/CTS):
- Mecanismo opcional: Para solucionar problemas como el problema del nodo oculto, el protocolo MAC permite el uso de RTS/CTS.
- RTS: el transmisor envía la trama de solicitud de envío al receptor previsto, indicando su intención de transmitir.
- CTS: El receptor envía la trama Borrar para enviar, lo que otorga permiso al transmisor para continuar con la transmisión de datos.
6. Reconocimiento y Retransmisión:
- Marcos de reconocimiento: después de la recepción exitosa de un marco de datos, el destinatario envía un marco de reconocimiento al remitente.
- Retransmisión: en ausencia de un acuse de recibo, el remitente asume una colisión o un error de transmisión e inicia una retransmisión de la trama de datos.
7. Función de coordinación distribuida (DCF):
- Modo predeterminado: el protocolo MAC en las redes Wi-Fi normalmente funciona bajo la función de coordinación distribuida (DCF), utilizando CSMA/CA.
- Ventana de contención: DCF emplea una ventana de contención, que determina la duración del período de espera. Las ventanas de contención más grandes introducen más aleatoriedad para reducir la posibilidad de colisiones.
8. Mejoras en la calidad de servicio (QoS):
- EDCA (Acceso a canales distribuidos mejorados): para admitir los requisitos de QoS, Wi-Fi introduce EDCA, lo que permite un tratamiento diferenciado de varios tipos de tráfico.
- Categorías de acceso: EDCA define diferentes categorías de acceso con diferentes prioridades, que se adaptan a voz, vídeo y datos de mejor esfuerzo con niveles de servicio adecuados.
9. Formato de trama y mecanismos de control:
- Estructura de trama MAC: las tramas MAC incluyen encabezados y finales que contienen información de control, direccionamiento y tipo de trama.
- Marcos especiales: los marcos de reconocimiento, los marcos de control y los marcos de gestión sirven para propósitos específicos y garantizan el intercambio confiable de información.
10. Evolución y mejoras futuras:
- Enmiendas 802.11: El protocolo MAC ha evolucionado a través de varias enmiendas (por ejemplo, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), introduciendo mejoras en las velocidades de datos, la utilización del canal y eficiencia general de la red.
- Wi-Fi 6 y más: el último estándar, Wi-Fi 6 (802.11ax), presenta funciones como coloración del conjunto de servicios básicos (BSS), tiempo de activación objetivo (TWT) y ortogonal. Acceso múltiple por división de frecuencia (OFDMA) para mejorar el rendimiento en entornos de tráfico diversos y de alta densidad.
En resumen, el protocolo MAC utilizado en las redes Wi-Fi, definido por el estándar IEEE 802.11, rige cómo los dispositivos compiten por el acceso al medio de comunicación compartido. Al emplear CSMA/CA, mecanismos de reconocimiento y RTS/CTS opcional, el protocolo MAC garantiza una comunicación confiable y eficiente en redes Wi-Fi. Los desarrollos y modificaciones en curso abordan los desafíos de las crecientes demandas de tráfico y los diversos requisitos de aplicaciones.