В стандартах IEEE 802 LAN/MAN управление доступом к среде ( MAC ), также называемое управлением доступом к среде , представляет собой уровень, который управляет оборудованием, ответственным 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 VLAN 802.1Q 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 не является обязательным для реализаций IEEE 802.3 (в этом случае кадры являются «необработанными»), но обязательным для реализаций других стандартов физического уровня IEEE 802. В иерархии модели OSI и стандартов IEEE 802 подуровень MAC обеспечивает абстракцию управления физическим уровнем, 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 медиа-независимый интерфейс . Хотя сегодня блок MAC обычно интегрирован с PHY в одном корпусе устройства , исторически любой MAC мог использоваться с любым PHY, независимо от среды передачи.
При отправке данных на другое устройство в сети подуровень MAC инкапсулирует кадры более высокого уровня в кадры, соответствующие среде передачи (т. е. MAC добавляет преамбулу синхрослова , а также дополнение, если необходимо), добавляет последовательность проверки кадров 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, ячеистая топология, топология «точка-многоточка») во избежание коллизий необходимо контролировать, когда данные отправляются, а когда ждать . Кроме того, MAC также отвечает за компенсацию коллизий, инициируя повторную передачу, если обнаружен сигнал помех . При получении данных с физического уровня блок MAC обеспечивает целостность данных, проверяя последовательности проверки кадров отправителя и удаляя преамбулу и заполнение отправителя перед передачей данных на более высокие уровни.
Согласно стандарту IEEE 802-2001, раздел 6.2.3 «Подуровень MAC», основными функциями, выполняемыми уровнем MAC, являются: [2]
В случае Ethernet функции, необходимые для MAC: [3]
Адреса локальных сетей, используемые в сетях IEEE 802 и сетях FDDI , называются MAC-адресами ; они основаны на схеме адресации, которая использовалась в ранних реализациях Ethernet . MAC-адрес представляет собой уникальный серийный номер. MAC-адреса обычно назначаются оборудованию сетевого интерфейса во время производства. Самая значительная часть адреса идентифицирует производителя, который назначает остальную часть адреса, обеспечивая тем самым потенциально уникальный адрес. Это позволяет доставлять кадры по сетевому каналу, который соединяет узлы с помощью некоторой комбинации повторителей , концентраторов , мостов и коммутаторов , но не с помощью маршрутизаторов сетевого уровня . Таким образом, например, когда IP- пакет достигает своей (под)сети назначения, IP-адрес назначения (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) хоста назначения.
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 при полнодуплексной связи «точка-точка» , но поля адреса включены в некоторые протоколы «точка-точка» по соображениям 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 совместно используемых физических сред являются шинные сети , кольцевые сети , концентраторные сети, беспроводные сети и полудуплексные каналы связи «точка-точка». Способ множественного доступа может обнаруживать или избегать коллизий 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 конкурентный CSMA/CD, используемый в сетях Ethernet. Этот механизм используется только в домене сетевых коллизий, например, в шинной сети Ethernet или в сети с звездообразной топологией на основе концентратора. Сеть Ethernet может быть разделена на несколько коллизионных доменов, 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 миллиметрового диапазона в беспроводной персональной сети увеличивает вероятность одновременного планирования не мешающих передач в локализованной зоне, что приводит к огромному увеличению пропускной способности сети. Однако оптимальное планирование одновременной передачи является NP-сложной 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 лицензируемого спектра. [5] Радиоинтерфейс сотовой сети находится на уровнях 1 и 2 модели OSI; на уровне 2 он разделен на несколько уровней протокола. В UMTS и LTE такими протоколами являются протокол конвергенции пакетных данных (PDCP), протокол управления радиоканалом (RLC) и протокол MAC. Базовая станция имеет абсолютный контроль над радиоинтерфейсом и планирует доступ к нисходящей линии связи, а также доступ к восходящей линии связи для 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 .