Le protocole Medium Access Control (MAC) est un composant fondamental de la norme IEEE 802.11, définissant la manière dont les appareils partagent le support de communication dans un réseau Wi-Fi. Le protocole MAC joue un rôle crucial dans la gestion de l’accès au canal sans fil, dans la gestion des conflits et dans la garantie de la transmission ordonnée des données entre les appareils. Voici une explication détaillée du protocole MAC pour le Wi-Fi :
1. Présentation de la norme IEEE 802.11 :
- Réseaux locaux sans fil (WLAN) : IEEE 802.11 est un ensemble de normes qui régissent la communication sans fil dans les réseaux locaux, communément appelés Wi-Fi.
- Couches physiques et liaison de données : la norme fonctionne au niveau des couches physique et liaison de données du modèle OSI, englobant à la fois les caractéristiques de transmission radio et le protocole d’accès au support.
2. Rôles de la couche MAC :
- Fonctions de la couche liaison de données : la couche MAC, qui fait partie de la couche liaison de données, est chargée de gérer l’accès au support de communication partagé, en traitant des problèmes tels que les conflits et l’évitement des collisions.
3. Accès multiple Carrier Sense avec évitement de collision (CSMA/CA) :
- Principe de base : le protocole MAC utilise une variante de Carrier Sense Multiple Access (CSMA), connue sous le nom de CSMA avec évitement de collision (CA).
- Écouter avant de transmettre : les appareils détectent le canal avant de lancer des transmissions, vérifiant les activités en cours pour éviter les collisions.
4. Fonctionnement de CSMA/CA :
- Évaluation du canal libre (CCA) : les appareils effectuent une CCA pour déterminer si le canal est libre ou occupé par d’autres transmissions.
- Mécanisme d’attente : si le canal est occupé, les appareils lancent une période d’attente, en attendant une durée aléatoire avant de tenter à nouveau de transmettre afin d’éviter des transmissions simultanées.
5. Fonction de coordination distribuée (DCF) :
- DCF comme mode par défaut : le protocole MAC dans les réseaux Wi-Fi fonctionne généralement sous la fonction de coordination distribuée (DCF), basée sur CSMA/CA.
- Fenêtre de conflit : DCF utilise une fenêtre de conflit qui détermine la durée de la période d’attente. Des fenêtres de conflit plus grandes introduisent plus de caractère aléatoire et réduisent la probabilité de collisions.
6. Accusé de réception et retransmission :
- Trames d’accusé de réception : après la réception réussie d’un cadre, le destinataire envoie un cadre d’accusé de réception à l’expéditeur.
- Retransmission : en cas de non-réception d’un accusé de réception, l’expéditeur suppose une collision ou une erreur de transmission et lance une retransmission.
7. Demande d’envoi/autorisation d’envoi (RTS/CTS) :
- Mécanisme facultatif : dans les scénarios où la probabilité de collisions est élevée (par exemple, problème de nœud caché), les appareils peuvent utiliser le mécanisme RTS/CTS facultatif.
- RTS : la trame de demande d’envoi est envoyée par l’émetteur au récepteur prévu, indiquant son intention de transmettre.
- CTS : la trame Clear to Send est envoyée par le récepteur en guise d’accusé de réception, autorisant l’émetteur à poursuivre la transmission des données.
8. Améliorations de la qualité de service (QoS) :
- Améliorations du trafic multimédia : pour répondre aux exigences de qualité de service (QoS), le protocole MAC du Wi-Fi introduit des améliorations telles que l’accès amélioré aux canaux distribués (EDCA).
- Différenciation du trafic : EDCA introduit différentes catégories d’accès avec des priorités variables, permettant un traitement différencié de la voix, de la vidéo et des données au mieux.
9. Format du cadre et mécanismes de contrôle :
- Structure des trames MAC : les trames MAC incluent des en-têtes et des fins de fin contenant des informations de contrôle, l’adressage et le type de trame.
- Trames d’accusé de réception et de contrôle : des trames spéciales sont utilisées à des fins d’accusé de réception, de contrôle et de gestion afin de faciliter une communication fiable.
10. Évolution et améliorations futures :
- Amendements 802.11 : le protocole MAC a évolué grâce à divers amendements (par exemple, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), introduisant des améliorations dans les débits de données, l’utilisation des canaux et efficacité globale du réseau.
- Wi-Fi 6 et au-delà : les normes les plus récentes, telles que le Wi-Fi 6 (802.11ax), introduisent des fonctionnalités telles que la coloration de l’ensemble de services de base (BSS), l’heure de réveil cible (TWT), et l’accès multiple par répartition orthogonale de la fréquence (OFDMA) pour améliorer les performances dans des environnements de trafic diversifiés et à haute densité.
En résumé, le protocole MAC pour Wi-Fi, défini par la norme IEEE 802.11, régit la manière dont les appareils se disputent l’accès au support de communication partagé. En utilisant CSMA/CA, des mécanismes d’accusé de réception et RTS/CTS en option, le protocole MAC garantit une communication ordonnée et sans collision dans les réseaux Wi-Fi. À mesure que la norme évolue, de nouvelles modifications et améliorations continuent de répondre aux défis liés à la demande croissante de trafic et aux diverses exigences d’application.