Control de acceso medio

En los estándares IEEE 802 LAN/MAN , el control de acceso al medio ( MAC ), también llamado control de acceso al medio , es la capa que controla el hardware responsable de la interacción con el medio de transmisión cableado (eléctrico u óptico) o inalámbrico . La subcapa MAC y la subcapa de control de enlace lógico (LLC) conforman la capa de enlace de datos . La LLC proporciona control de flujo y multiplexación para el enlace lógico (por ejemplo, EtherType , etiqueta VLAN 802.1Q , etc.), mientras que la MAC proporciona control de flujo y multiplexación para el medio de transmisión.

Estas dos subcapas juntas corresponden a la capa 2 del modelo OSI . Por razones de compatibilidad, la LLC es opcional para las implementaciones de IEEE 802.3 (las tramas son entonces "en bruto"), pero obligatoria para las implementaciones de otros estándares de capa física IEEE 802. Dentro de la jerarquía del modelo OSI y los estándares IEEE 802, la subcapa MAC proporciona una abstracción de control de la capa física, de modo que las complejidades del control del enlace físico son invisibles para la LLC y las capas superiores de la pila de red. Por lo tanto, cualquier subcapa LLC (y capas superiores) puede usarse con cualquier MAC. A su vez, el bloque de control de acceso al medio está formalmente conectado a la PHY a través de una interfaz independiente del medio . Aunque hoy en día el bloque MAC suele estar integrado con la PHY dentro del mismo paquete de dispositivo , históricamente cualquier MAC podía usarse con cualquier PHY, independientemente del medio de transmisión.

Al enviar datos a otro dispositivo en la red, la subcapa MAC encapsula las tramas de nivel superior en tramas apropiadas para el medio de transmisión (es decir, la MAC agrega un preámbulo de palabra de sincronización y también relleno si es necesario), agrega una secuencia de verificación de trama para identificar errores de transmisión y luego reenvía los datos a la capa física tan pronto como el método de acceso al canal apropiado lo permita. Para topologías con dominio de colisión (bus, anillo, malla, topologías punto a multipunto), el método de acceso al canal controla cuándo se envían los datos y cuándo es necesario esperar para evitar colisiones . Además, la MAC también es responsable de compensar las colisiones iniciando la retransmisión si se detecta una señal de interferencia . Al recibir datos de la capa física, el bloque MAC garantiza la integridad de los datos verificando las secuencias de verificación de trama del remitente y elimina el preámbulo y el relleno del remitente antes de pasar los datos a las capas superiores.

Según la sección 6.2.3 "Subcapa MAC" de la norma IEEE Std 802-2001, las funciones principales que realiza la capa MAC son: ^{[ 2 ]}

• Delimitación y reconocimiento de marcos
• Indicaciones de las estaciones de destino (tanto individualmente como en grupos).
• Transmisión de información de direccionamiento de la estación de origen
• Transferencia transparente de datos de PDU LLC o de información equivalente en la subcapa Ethernet.
• Protección contra errores, generalmente mediante la generación y verificación de secuencias de comprobación de trama.
• Control de acceso al medio de transmisión físico

En el caso de Ethernet , las funciones requeridas de un MAC son: ^{[ 3 ]}

• recibir/transmitir tramas normales
• funciones de retransmisión y retroceso semidúplex
• agregar/verificar FCS ( secuencia de verificación de fotogramas )
• aplicación de la brecha entre marcos
• desechar marcos malformados
• anteponer (tx)/eliminar (rx) preámbulo, SFD ( delimitador de trama de inicio ) y relleno
• Compatibilidad semidúplex: agregar (tx)/eliminar (rx) dirección MAC

Las direcciones de red locales utilizadas en las redes IEEE 802 y FDDI se denominan direcciones MAC ; se basan en el esquema de direccionamiento utilizado en las primeras implementaciones de Ethernet . Una dirección MAC se concibe como un número de serie único. Las direcciones MAC se asignan normalmente al hardware de interfaz de red en el momento de su fabricación. La parte más significativa de la dirección identifica al fabricante, quien asigna el resto, proporcionando así una dirección potencialmente única. Esto permite que las tramas se entreguen en un enlace de red que interconecta hosts mediante una combinación de repetidores , concentradores , puentes y conmutadores , pero no mediante enrutadores de capa de red . Por lo tanto, por ejemplo, cuando un paquete IP llega a su subred de destino, la dirección IP de destino (un concepto de capa 3 o de capa de red) se resuelve mediante el Protocolo de Resolución de Direcciones (DRP ) para IPv4 o mediante el Protocolo de Descubrimiento de Vecinos (NDP) (IPv6) en la dirección MAC (un concepto de capa 2) del host de destino.

Ejemplos de redes físicas son las redes Ethernet y las redes Wi-Fi , ambas redes IEEE 802 que utilizan direcciones MAC IEEE 802 de 48 bits.

En la comunicación punto a punto full-duplex no se requiere una capa MAC , pero algunos protocolos punto a punto incluyen campos de dirección por motivos de compatibilidad.

Los mecanismos de control de acceso al canal proporcionados por la capa MAC también se conocen como métodos de acceso múltiple . Esto permite que varias estaciones conectadas al mismo medio físico lo compartan. Ejemplos de medios físicos compartidos son las redes de bus , las redes de anillo , las redes de concentrador, las redes inalámbricas y los enlaces punto a punto semidúplex . El método de acceso múltiple puede detectar o evitar colisiones de paquetes de datos si se utiliza un método de acceso al canal basado en contención de modo de paquete , o reservar recursos para establecer un canal lógico si se utiliza un método de acceso al canal basado en conmutación de circuitos o canalización. El mecanismo de control de acceso al canal se basa en un esquema de multiplexación de la capa física .

El método de acceso múltiple más extendido es el CSMA/CD basado en contención, utilizado en redes Ethernet. Este mecanismo solo se emplea dentro de un dominio de colisión de red, por ejemplo, una red de bus Ethernet o una red con topología de estrella basada en concentradores. Una red Ethernet puede dividirse en varios dominios de colisión, interconectados mediante puentes y conmutadores.

En una red conmutada full-duplex , como las redes Ethernet conmutadas actuales, no se requiere un método de acceso múltiple , pero suele estar disponible en los equipos por motivos de compatibilidad.

Las redes celulares , como GSM , UMTS o LTE , también utilizan una capa MAC. El protocolo MAC en las redes celulares está diseñado para maximizar la utilización del costoso espectro licenciado. ^{[ 5 ]} La interfaz aérea de una red celular se encuentra en las capas 1 y 2 del modelo OSI; en la capa 2, se divide en múltiples capas de protocolo. En UMTS y LTE, estos protocolos son el Protocolo de Convergencia de Datos de Paquetes (PDCP), el protocolo de Control de Enlace de Radio (RLC) y el protocolo MAC. La estación base tiene control absoluto sobre la interfaz aérea y programa el acceso de enlace descendente, así como el acceso de enlace ascendente de todos los dispositivos. El protocolo MAC está especificado por 3GPP en TS 25.321 ^{[ 6 ]} para UMTS, TS 36.321 ^{[ 7 ]} para LTE y TS 38.321 ^{[ 8 ]} para 5G .

• Lista de métodos de acceso al canal
• Reenvío forzado por MAC
• MACsec (IEEE 802.1AE)