El protocolo Medium Access Control (MAC) es un componente fundamental del estándar IEEE 802.11, que define cómo los dispositivos comparten el medio de comunicación en una red Wi-Fi. El protocolo MAC desempeña un papel crucial en la gestión del acceso al canal inalámbrico, el manejo de la contención y la garantía de la transmisión ordenada de datos entre dispositivos. Aquí hay una explicación detallada del protocolo MAC para Wi-Fi:
1. Descripción general de IEEE 802.11:
- Redes de área local inalámbricas (WLAN): IEEE 802.11 es un conjunto de estándares que rigen la comunicación inalámbrica en redes de área local, comúnmente conocidas como Wi-Fi.
- Capas Física y de Enlace de Datos: El estándar opera en las capas Física y de Enlace de Datos del modelo OSI, abarcando tanto las características de transmisión de radio como el protocolo de acceso al medio.
2. Funciones de la capa MAC:
- Funciones de la capa de enlace de datos: La capa MAC, parte de la capa de enlace de datos, es responsable de gestionar el acceso al medio de comunicación compartido y se ocupa de cuestiones como la contención y la prevención de colisiones.
3. Acceso múltiple con detección de operador y prevención de colisiones (CSMA/CA):
- Principio básico: El protocolo MAC emplea una variante de Carrier Sense Multiple Access (CSMA), conocida como CSMA con prevención de colisiones (CA).
- Escuchar antes de transmitir: los dispositivos detectan el canal antes de iniciar transmisiones y verifican las actividades en curso para evitar colisiones.
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 evitar transmisiones simultáneas.
5. Función de coordinación distribuida (DCF):
- DCF como modo predeterminado: el protocolo MAC en las redes Wi-Fi normalmente opera bajo la función de coordinación distribuida (DCF), que se basa en CSMA/CA.
- Ventana de contienda: DCF utiliza una ventana de contienda que determina la duración del período de espera. Las ventanas de contención más grandes introducen más aleatoriedad y reducen la probabilidad de colisiones.
6. Reconocimiento y Retransmisión:
- Marcos de reconocimiento: después de la recepción exitosa de un marco, el destinatario envía un marco de reconocimiento al remitente.
- Retransmisión: En caso de no recepción de un acuse de recibo, el remitente asume una colisión o error de transmisión e inicia una retransmisión.
7. Solicitud de envío/Borrar para enviar (RTS/CTS):
- Mecanismo opcional: en escenarios donde la probabilidad de colisiones es alta (por ejemplo, problema de nodo oculto), los dispositivos pueden utilizar el mecanismo RTS/CTS opcional.
- RTS: el transmisor envía la trama de solicitud de envío al receptor previsto, indicando su intención de transmitir.
- CTS: el receptor envía la trama Listo para enviar como reconocimiento, otorgando permiso al transmisor para continuar con la transmisión de datos.
8. Mejoras en la calidad de servicio (QoS):
- Mejoras para el tráfico multimedia: para respaldar los requisitos de calidad de servicio (QoS), el protocolo MAC en Wi-Fi introduce mejoras como el acceso mejorado a canales distribuidos (EDCA).
- Diferenciación de tráfico: EDCA introduce diferentes categorías de acceso con distintas prioridades, lo que permite un tratamiento diferenciado de voz, vídeo y datos de mejor esfuerzo.
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 de reconocimiento y control: se utilizan marcos especiales con fines de reconocimiento, control y gestión para facilitar una comunicación confiable.
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: los últimos estándares, como Wi-Fi 6 (802.11ax), introducen funciones como coloración del conjunto de servicios básicos (BSS), tiempo de activación objetivo (TWT), y acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) para mejorar el rendimiento en entornos de tráfico diversos y de alta densidad.
En resumen, el protocolo MAC para Wi-Fi, definido por el estándar IEEE 802.11, rige cómo los dispositivos compiten por el acceso al medio de comunicación compartido. Al utilizar CSMA/CA, mecanismos de reconocimiento y RTS/CTS opcional, el protocolo MAC garantiza una comunicación ordenada y sin colisiones en redes Wi-Fi. A medida que el estándar evoluciona, nuevas enmiendas y mejoras continúan abordando los desafíos de las crecientes demandas de tráfico y los diversos requisitos de aplicaciones.