Il protocollo Medium Access Control (MAC) utilizzato nel Wi-Fi è un componente fondamentale dello standard IEEE 802.11. Il protocollo MAC svolge un ruolo cruciale nel governare il modo in cui i dispositivi accedono e condividono il mezzo di comunicazione all’interno di una rete Wi-Fi. Utilizza una variante del meccanismo Carrier Sense Multiple Access with Collision Prevention (CSMA/CA) per gestire i conflitti e garantire la trasmissione ordinata dei dati. Ecco una spiegazione dettagliata del protocollo MAC utilizzato nel Wi-Fi:
1. Panoramica di IEEE 802.11:
- Reti locali wireless (WLAN): IEEE 802.11 è un insieme di standard che definiscono le specifiche per la comunicazione wireless nelle reti locali, comunemente note come Wi-Fi.
- Architettura a strati: Lo standard IEEE 802.11 opera principalmente ai livelli fisico (PHY) e collegamento dati (MAC) del modello OSI.
2. Livello MAC (controllo accesso medio):
- Responsabilità: Il livello MAC è responsabile della gestione dell’accesso al mezzo di comunicazione condiviso, affrontando le questioni relative alla contesa, alla prevenzione delle collisioni e all’efficiente trasmissione dei dati.
3. Accesso multiplo con rilevamento della portante con prevenzione delle collisioni (CSMA/CA):
- Principio di base: Il protocollo MAC in Wi-Fi utilizza CSMA/CA, in cui i dispositivi ascoltano il canale prima di iniziare le trasmissioni.
- Evitare collisioni: Rilevando lo stato del canale, i dispositivi mirano a evitare collisioni rinviando la trasmissione se rilevano attività in corso.
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 ridurre al minimo la probabilità di collisioni.
5. Richiesta di invio/Cancella per inviare (RTS/CTS):
- Meccanismo opzionale: Per risolvere problemi come il problema del nodo nascosto, il protocollo MAC consente l’uso di RTS/CTS.
- RTS: Il frame di richiesta di invio viene inviato dal trasmettitore al destinatario previsto, segnalando la sua intenzione di trasmettere.
- CTS: Il frame Clear to Send viene inviato dal ricevitore, concedendo il permesso al trasmettitore di procedere con la trasmissione dei dati.
6. Conferma e ritrasmissione:
- Frame di riconoscimento: Dopo aver ricevuto con successo un frame di dati, il destinatario invia un frame di riconoscimento al mittente.
- Ritrasmissione: In assenza di conferma, il mittente presuppone una collisione o un errore di trasmissione e avvia una ritrasmissione del frame di dati.
7. Funzione di coordinazione distribuita (DCF):
- Modalità predefinita: Il protocollo MAC nelle reti Wi-Fi funziona in genere con la funzione di coordinamento distribuito (DCF), utilizzando CSMA/CA.
- Finestra di contesa: DCF utilizza una finestra di contesa, determinando la durata del periodo di backoff. Finestre di conflitto più grandi introducono più casualità per ridurre la possibilità di collisioni.
8. Miglioramenti della qualità del servizio (QoS):
- EDCA (Enhanced Distributed Channel Access): Per supportare i requisiti QoS, il Wi-Fi introduce EDCA, consentendo un trattamento differenziato di vari tipi di traffico.
- Categorie di accesso: EDCA definisce diverse categorie di accesso con diverse priorità, accogliendo voce, video e dati best-effort con livelli di servizio adeguati.
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 speciali: I frame di riconoscimento, i frame di controllo e i frame di gestione servono a scopi specifici, garantendo lo scambio affidabile di informazioni.
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: Lo standard più recente, Wi-Fi 6 (802.11ax), introduce funzionalità come la colorazione Basic Service Set (BSS), Target Wake Time (TWT) e Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) per migliorare le prestazioni in ambienti di traffico diversificati e ad alta densità.
In sintesi, il protocollo MAC utilizzato nelle reti 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 opzionale, il protocollo MAC garantisce una comunicazione affidabile ed efficiente nelle reti Wi-Fi. Gli sviluppi e le modifiche in corso affrontano le sfide legate all’aumento della domanda di traffico e ai diversi requisiti applicativi.