O protocolo Medium Access Control (MAC) usado em Wi-Fi é um componente fundamental do padrão IEEE 802.11. O protocolo MAC desempenha um papel crucial no controle de como os dispositivos acessam e compartilham o meio de comunicação dentro de uma rede Wi-Fi. Ele emprega uma variante do mecanismo Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) para gerenciar a contenção e garantir a transmissão ordenada de dados. Aqui está uma explicação detalhada do protocolo MAC usado em Wi-Fi:
1. Visão geral do IEEE 802.11:
- Redes locais sem fio (WLANs): IEEE 802.11 é um conjunto de padrões que define as especificações para comunicação sem fio em redes locais, comumente conhecidas como Wi-Fi.
- Arquitetura em camadas: O padrão IEEE 802.11 opera principalmente nas camadas Física (PHY) e de Enlace de Dados (MAC) do modelo OSI.
2. Camada de controle de acesso médio (MAC):
- Responsabilidades: A camada MAC é responsável por gerenciar o acesso ao meio de comunicação compartilhado, abordando questões relacionadas à contenção, prevenção de colisões e transmissão eficiente de dados.
3. Acesso múltiplo de detecção de portadora com prevenção de colisão (CSMA/CA):
- Princípio Básico: O protocolo MAC em Wi-Fi utiliza CSMA/CA, onde os dispositivos ouvem o canal antes de iniciar as transmissões.
- Evitar colisões: ao detectar o estado do canal, os dispositivos visam evitar colisões adiando a transmissão caso detectem atividades em andamento.
4. Operação de CSMA/CA:
- Avaliação de canal limpo (CCA): os dispositivos realizam CCA para determinar se o canal está livre ou ocupado por outras transmissões.
- Mecanismo de espera: se o canal estiver ocupado, os dispositivos iniciam um período de espera, aguardando um período aleatório antes de tentar transmitir novamente para minimizar a probabilidade de colisões.
5. Solicitação para envio/Liberação para envio (RTS/CTS):
- Mecanismo Opcional: Para resolver problemas como o problema do nó oculto, o protocolo MAC permite o uso de RTS/CTS.
- RTS: o quadro Request to Send é enviado pelo transmissor ao receptor pretendido, sinalizando sua intenção de transmitir.
- CTS: O quadro Clear to Send é enviado pelo receptor, concedendo permissão ao transmissor para prosseguir com a transmissão dos dados.
6. Reconhecimento e Retransmissão:
- Quadros de confirmação: após o recebimento bem-sucedido de um quadro de dados, o destinatário envia um quadro de confirmação de volta ao remetente.
- Retransmissão: Na ausência de uma confirmação, o remetente assume uma colisão ou erro de transmissão e inicia uma retransmissão do quadro de dados.
7. Função de Coordenação Distribuída (DCF):
- Modo padrão: o protocolo MAC em redes Wi-Fi normalmente opera sob a Função de Coordenação Distribuída (DCF), utilizando CSMA/CA.
- Janela de contenção: o DCF emprega uma janela de contenção, determinando a duração do período de espera. Janelas de contenção maiores introduzem mais aleatoriedade para reduzir a chance de colisões.
8. Melhorias na qualidade de serviço (QoS):
- EDCA (Enhanced Distributed Channel Access): para suportar os requisitos de QoS, o Wi-Fi introduz o EDCA, permitindo o tratamento diferenciado de vários tipos de tráfego.
- Categorias de acesso: o EDCA define diferentes categorias de acesso com prioridades variadas, acomodando voz, vídeo e dados de melhor esforço com níveis de serviço apropriados.
9. Formato de quadro e mecanismos de controle:
- Estrutura do quadro MAC: os quadros MAC incluem cabeçalhos e trailers contendo informações de controle, endereçamento e tipo de quadro.
- Quadros Especiais: Quadros de reconhecimento, quadros de controle e quadros de gerenciamento atendem a propósitos específicos, garantindo a troca confiável de informações.
10. Evolução e melhorias futuras:
- Emendas 802.11: O protocolo MAC evoluiu através de várias alterações (por exemplo, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac, 802.11ax), introduzindo melhorias nas taxas de dados, utilização de canais e eficiência geral da rede.
- Wi-Fi 6 e além: o padrão mais recente, Wi-Fi 6 (802.11ax), apresenta recursos como coloração de conjunto de serviços básicos (BSS), Target Wake Time (TWT) e ortogonal Acesso múltiplo por divisão de frequência (OFDMA) para melhorar o desempenho em ambientes de tráfego diversos e de alta densidade.
Em resumo, o protocolo MAC utilizado em redes Wi-Fi, definido pelo padrão IEEE 802.11, rege a forma como os dispositivos competem pelo acesso ao meio de comunicação compartilhado. Ao empregar CSMA/CA, mecanismos de confirmação e RTS/CTS opcional, o protocolo MAC garante comunicação confiável e eficiente em redes Wi-Fi. Os desenvolvimentos e alterações contínuos abordam os desafios das crescentes demandas de tráfego e dos diversos requisitos de aplicação.