В стандартах IEEE 802 LAN/MAN управление доступом к среде ( MAC ), также называемое управлением доступом к среде , представляет собой уровень, который управляет оборудованием, отвечающим за взаимодействие с проводной (электрической или оптической) или беспроводной средой передачи . Подуровень MAC и подуровень управления логическим каналом (LLC) вместе составляют уровень канала передачи данных . LLC обеспечивает управление потоком и мультиплексирование для логического канала (т. е. EtherType , тег 802.1Q VLAN и т. д.), в то время как MAC обеспечивает управление потоком и мультиплексирование для среды передачи.
Эти два подуровня вместе соответствуют уровню 2 модели OSI . По соображениям совместимости LLC является необязательным для реализаций IEEE 802.3 (тогда кадры являются «сырыми»), но обязательным для реализаций других стандартов физического уровня IEEE 802. В иерархии модели OSI и стандартов IEEE 802 подуровень MAC обеспечивает абстракцию управления физического уровня, так что сложности управления физическим каналом невидимы для LLC и верхних уровней сетевого стека. Таким образом, любой подуровень LLC (и более высокие уровни) может использоваться с любым MAC. В свою очередь, блок управления доступом к среде формально подключен к PHY через независимый от среды интерфейс . Хотя сегодня блок MAC обычно интегрирован с PHY в одном пакете устройства , исторически любой MAC мог использоваться с любым PHY, независимо от среды передачи.
При отправке данных другому устройству в сети подуровень MAC инкапсулирует кадры более высокого уровня в кадры, соответствующие среде передачи (т. е. MAC добавляет преамбулу синхрослова , а также заполнение, если необходимо), добавляет последовательность проверки кадра для выявления ошибок передачи, а затем пересылает данные на физический уровень, как только это позволяет соответствующий метод доступа к каналу . Для топологий с доменом коллизий (шина, кольцо, сетка, топологии «точка-многоточка») необходимо контролировать, когда данные отправляются и когда следует ждать, чтобы избежать коллизий . Кроме того, MAC также отвечает за компенсацию коллизий путем инициирования повторной передачи при обнаружении сигнала застревания . При получении данных с физического уровня блок MAC обеспечивает целостность данных, проверяя последовательности проверки кадра отправителя и удаляя преамбулу и заполнение отправителя перед передачей данных на более высокие уровни.
Согласно разделу 6.2.3 «Подуровень MAC» стандарта IEEE 802-2001, основными функциями, выполняемыми уровнем MAC, являются: [2]
В случае Ethernet от MAC требуются следующие функции: [3]
Локальные сетевые адреса, используемые в сетях IEEE 802 и сетях FDDI , называются MAC-адресами ; они основаны на схеме адресации, которая использовалась в ранних реализациях Ethernet . MAC-адрес предназначен как уникальный серийный номер. MAC-адреса обычно назначаются оборудованию сетевого интерфейса во время производства. Наиболее значимая часть адреса идентифицирует производителя, который назначает оставшуюся часть адреса, таким образом предоставляя потенциально уникальный адрес. Это позволяет доставлять кадры по сетевому каналу, который соединяет хосты с помощью некоторой комбинации повторителей , концентраторов , мостов и коммутаторов , но не маршрутизаторов сетевого уровня . Таким образом, например, когда IP- пакет достигает своей целевой (под)сети, целевой IP-адрес (концепция уровня 3 или сетевого уровня) разрешается с помощью протокола разрешения адресов для IPv4 или протокола обнаружения соседей (IPv6) в MAC-адрес (концепция уровня 2) конечного хоста.
Примерами физических сетей являются сети Ethernet и сети Wi-Fi , обе из которых являются сетями IEEE 802 и используют 48-битные MAC-адреса IEEE 802.
Уровень MAC не требуется в полнодуплексной связи «точка-точка» , но поля адреса включены в некоторые протоколы «точка-точка» из соображений совместимости.
Механизмы управления доступом к каналу, предоставляемые уровнем MAC, также известны как метод множественного доступа . Это позволяет нескольким станциям, подключенным к одной и той же физической среде, совместно использовать ее. Примерами общих физических сред являются шинные сети , кольцевые сети , сети-концентраторы, беспроводные сети и полудуплексные соединения точка-точка. Метод множественного доступа может обнаруживать или избегать конфликтов пакетов данных, если используется метод доступа к каналу на основе конкуренции в пакетном режиме , или резервировать ресурсы для установления логического канала, если используется метод доступа к каналу на основе коммутации каналов или разделения каналов. Механизм управления доступом к каналу основан на схеме мультиплексирования физического уровня .
Наиболее распространенным методом множественного доступа является метод CSMA/CD на основе конкуренции , используемый в сетях Ethernet. Этот механизм используется только в домене коллизий сети, например, в шинной сети Ethernet или в сети с топологией «звезда» на основе концентратора. Сеть Ethernet может быть разделена на несколько доменов коллизий, соединенных между собой мостами и коммутаторами.
Метод множественного доступа не требуется в коммутируемой полнодуплексной сети, такой как современные коммутируемые сети Ethernet, но часто доступен в оборудовании по соображениям совместимости.
Использование направленных антенн и связи на миллиметровых волнах в беспроводной персональной сети увеличивает вероятность одновременного планирования не мешающих передач в локализованной области, что приводит к огромному увеличению пропускной способности сети. Однако оптимальное планирование одновременной передачи является NP-трудной задачей . [4]
Сотовые сети , такие как сети GSM , UMTS или LTE , также используют уровень MAC. Протокол MAC в сотовых сетях предназначен для максимального использования дорогостоящего лицензированного спектра. [ 5] Радиоинтерфейс сотовой сети находится на уровнях 1 и 2 модели OSI; на уровне 2 он разделен на несколько уровней протоколов. В UMTS и LTE этими протоколами являются протокол конвергенции пакетных данных (PDCP), протокол управления радиолинией (RLC) и протокол MAC. Базовая станция имеет абсолютный контроль над радиоинтерфейсом и планирует доступ по нисходящей линии связи, а также доступ по восходящей линии связи всех устройств. Протокол MAC указан 3GPP в TS 25.321 [6] для UMTS, TS 36.321 [7] для LTE и TS 38.321 [8] для 5G .