Het Medium Access Control (MAC)-protocol dat in Wi-Fi wordt gebruikt, is een fundamenteel onderdeel van de IEEE 802.11-standaard. Het MAC-protocol speelt een cruciale rol bij het bepalen hoe apparaten toegang krijgen tot het communicatiemedium en het delen binnen een Wi-Fi-netwerk. Het maakt gebruik van een variant van het Carrier Sense Multiple Access with Collision Prevention (CSMA/CA)-mechanisme om conflicten te beheren en de ordelijke overdracht van gegevens te garanderen. Hier is een gedetailleerde uitleg van het MAC-protocol dat wordt gebruikt in Wi-Fi:
1. Overzicht van IEEE 802.11:
- Wireless Local Area Networks (WLAN’s): IEEE 802.11 is een reeks standaarden die de specificaties definiëren voor draadloze communicatie in lokale netwerken, algemeen bekend als Wi-Fi.
- Gelaagde architectuur: De IEEE 802.11-standaard werkt voornamelijk op de fysieke (PHY) en Data Link (MAC)-lagen van het OSI-model.
2. Medium Access Control (MAC)-laag:
- Verantwoordelijkheden: De MAC-laag is verantwoordelijk voor het beheer van de toegang tot het gedeelde communicatiemedium, het aanpakken van problemen met betrekking tot conflicten, het vermijden van botsingen en efficiënte gegevensoverdracht.
3. Carrier Sense Meervoudige toegang met botsingsvermijding (CSMA/CA):
- Basisprincipe: Het MAC-protocol in Wi-Fi maakt gebruik van CSMA/CA, waarbij apparaten naar het kanaal luisteren voordat ze transmissies initiëren.
- Aanvaringen vermijden: Door de status van het kanaal te detecteren, proberen apparaten botsingen te voorkomen door de verzending uit te stellen als ze lopende activiteiten detecteren.
4. Werking van CSMA/CA:
- Clear Channel Assessment (CCA): Apparaten voeren CCA uit om te bepalen of het kanaal vrij is of bezet is door andere transmissies.
- Backoff-mechanisme: Als het kanaal bezet is, starten apparaten een backoff-periode, waarbij ze een willekeurige duur wachten voordat ze opnieuw proberen te zenden om de kans op botsingen te minimaliseren.
5. Verzoek om te verzenden/Wissen om te verzenden (RTS/CTS):
- Optioneel mechanisme: Om problemen zoals het probleem met verborgen knooppunten aan te pakken, staat het MAC-protocol het gebruik van RTS/CTS toe.
- RTS: Het Request to Send-frame wordt door de zender naar de beoogde ontvanger verzonden, waarmee de intentie om te verzenden wordt aangegeven.
- CTS: Het Clear to Send-frame wordt verzonden door de ontvanger, waardoor de zender toestemming krijgt om door te gaan met de gegevensoverdracht.
6. Erkenning en hertransmissie:
- Bevestigingsframes: Na succesvolle ontvangst van een dataframe stuurt de ontvanger een bevestigingsframe terug naar de afzender.
- Hertransmissie: Als er geen bevestiging is, gaat de afzender uit van een botsing of een transmissiefout en initieert hij een hertransmissie van het dataframe.
7. Gedistribueerde coördinatiefunctie (DCF):
- Standaardmodus: Het MAC-protocol in Wi-Fi-netwerken werkt doorgaans onder de Distributed Coördinatiefunctie (DCF), waarbij gebruik wordt gemaakt van CSMA/CA.
- Contention Window: DCF maakt gebruik van een contention window, waarin de duur van de uitstelperiode wordt bepaald. Grotere conflictvensters introduceren meer willekeur om de kans op botsingen te verkleinen.
8. Quality of Service (QoS)-verbeteringen:
- EDCA (Enhanced Distributed Channel Access): Om de QoS-vereisten te ondersteunen, introduceert Wi-Fi EDCA, waardoor een gedifferentieerde behandeling van verschillende soorten verkeer mogelijk is.
- Toegangscategorieën: EDCA definieert verschillende toegangscategorieën met verschillende prioriteiten, waarbij spraak-, video- en best-effort-gegevens worden ondergebracht met de juiste serviceniveaus.
9. Frameformaat en besturingsmechanismen:
- MAC-framestructuur: MAC-frames bevatten headers en trailers met besturingsinformatie, adressering en frametype.
- Speciale frames: Bevestigingsframes, controleframes en beheerframes dienen specifieke doeleinden en zorgen voor een betrouwbare uitwisseling van informatie.
10. Evolutie en toekomstige verbeteringen:
- 802.11 Amendementen: Het MAC-protocol is geëvolueerd via verschillende amendementen (bijvoorbeeld 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), waardoor verbeteringen zijn geïntroduceerd in de datasnelheden, het kanaalgebruik en de algehele netwerkefficiëntie.
- Wi-Fi 6 en verder: De nieuwste standaard, Wi-Fi 6 (802.11ax), introduceert functies zoals Basic Service Set (BSS) Coloring, Target Wake Time (TWT) en Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) om de prestaties te verbeteren in omgevingen met veel en divers verkeer.
Samenvattend bepaalt het MAC-protocol dat wordt gebruikt in Wi-Fi-netwerken, gedefinieerd door de IEEE 802.11-standaard, hoe apparaten strijden om toegang tot het gedeelde communicatiemedium. Door gebruik te maken van CSMA/CA, bevestigingsmechanismen en optionele RTS/CTS, zorgt het MAC-protocol voor betrouwbare en efficiënte communicatie in Wi-Fi-netwerken. Voortdurende ontwikkelingen en wijzigingen gaan in op de uitdagingen van de toenemende verkeerseisen en uiteenlopende toepassingsvereisten.