Il protocollo Medium Access Control (MAC) è un componente fondamentale dello standard IEEE 802.11, che definisce il modo in cui i dispositivi condividono il mezzo di comunicazione in una rete Wi-Fi. Il protocollo MAC svolge un ruolo cruciale nella gestione dell’accesso al canale wireless, nella gestione dei conflitti e nel garantire la trasmissione ordinata dei dati tra i dispositivi. Ecco una spiegazione dettagliata del protocollo MAC per Wi-Fi:
1. Panoramica di IEEE 802.11:
- Reti locali wireless (WLAN): IEEE 802.11 è un insieme di standard che regolano la comunicazione wireless nelle reti locali, comunemente note come Wi-Fi.
- Livelli di collegamento dati e fisico: Lo standard opera ai livelli di collegamento fisico e dati del modello OSI, comprendendo sia le caratteristiche di trasmissione radio che il protocollo per l’accesso al mezzo.
2. Ruoli del livello MAC:
- Funzioni del livello di collegamento dati: Il livello MAC, parte del livello di collegamento dati, è responsabile della gestione dell’accesso al mezzo di comunicazione condiviso, affrontando questioni come contese ed evitamento delle collisioni.
3. Accesso multiplo con rilevamento della portante con prevenzione delle collisioni (CSMA/CA):
- Principio di base: Il protocollo MAC utilizza una variante di Carrier Sense Multiple Access (CSMA), nota come CSMA with Collision Evitareness (CA).
- Ascoltare prima di trasmettere: I dispositivi rilevano il canale prima di iniziare le trasmissioni, controllando le attività in corso per evitare collisioni.
4. Funzionamento della CSMA/CA:
- Clear Channel Assessment (CCA): i dispositivi eseguono CCA per determinare se il canale è libero o occupato da altre trasmissioni.
- Meccanismo di backoff: Se il canale è occupato, i dispositivi avviano un periodo di backoff, aspettando una durata casuale prima di tentare di trasmettere nuovamente per evitare trasmissioni simultanee.
5. Funzione di coordinazione distribuita (DCF):
- DCF come modalità predefinita: Il protocollo MAC nelle reti Wi-Fi funziona generalmente con la funzione di coordinamento distribuito (DCF), che è basata su CSMA/CA.
- Finestra di contesa: DCF utilizza una finestra di contesa che determina la durata del periodo di backoff. Finestre di conflitto più grandi introducono maggiore casualità e riducono la probabilità di collisioni.
6. Conferma e ritrasmissione:
- Frame di riconoscimento: Dopo aver ricevuto con successo un frame, il destinatario invia un frame di riconoscimento al mittente.
- Ritrasmissione: In caso di mancata ricezione di una conferma, il mittente presume una collisione o un errore di trasmissione e avvia una ritrasmissione.
7. Richiesta di invio/Cancella per inviare (RTS/CTS):
- Meccanismo opzionale: Negli scenari in cui la probabilità di collisioni è elevata (ad esempio, problema del nodo nascosto), i dispositivi possono utilizzare il meccanismo RTS/CTS opzionale.
- RTS: Il frame di richiesta di invio viene inviato dal trasmettitore al destinatario previsto, indicando la sua intenzione di trasmettere.
- CTS: Il frame Clear to Send viene inviato dal ricevitore come conferma, concedendo il permesso al trasmettitore di procedere con la trasmissione dei dati.
8. Miglioramenti della qualità del servizio (QoS):
- Miglioramenti per il traffico multimediale: Per supportare i requisiti di qualità del servizio (QoS), il protocollo MAC nel Wi-Fi introduce miglioramenti come EDCA (Enhanced Distributed Channel Access).
- Differenziazione del traffico: EDCA introduce diverse categorie di accesso con diverse priorità, consentendo un trattamento differenziato di voce, video e dati best-effort.
9. Formato dei frame e meccanismi di controllo:
- Struttura dei frame MAC: I frame MAC includono intestazioni e trailer contenenti informazioni di controllo, indirizzi e tipo di frame.
- Frame di riconoscimento e controllo: I frame speciali vengono utilizzati per scopi di riconoscimento, controllo e gestione per facilitare una comunicazione affidabile.
10. Evoluzione e miglioramenti futuri:
- 802.11 Modifiche: Il protocollo MAC si è evoluto attraverso varie modifiche (ad esempio, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), introducendo miglioramenti nella velocità dei dati, nell’utilizzo dei canali e nell’efficienza complessiva della rete.
- Wi-Fi 6 e oltre: Gli standard più recenti, come Wi-Fi 6 (802.11ax), introducono funzionalità come la colorazione BSS (Basic Service Set), il tempo di attivazione target (TWT) e l’accesso multiplo a divisione di frequenza ortogonale ( OFDMA) per migliorare le prestazioni in ambienti di traffico diversificati e ad alta densità.
In sintesi, il protocollo MAC per Wi-Fi, definito dallo standard IEEE 802.11, regola il modo in cui i dispositivi si contendono l’accesso al mezzo di comunicazione condiviso. Utilizzando CSMA/CA, meccanismi di riconoscimento e RTS/CTS opzionali, il protocollo MAC garantisce una comunicazione ordinata e priva di collisioni nelle reti Wi-Fi. Con l’evolversi dello standard, nuove modifiche e miglioramenti continuano ad affrontare le sfide derivanti dalla crescente domanda di traffico e dai diversi requisiti applicativi.