媒体アクセス制御

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IEEE 802 LAN / MAN規格ではメディアアクセス制御MAC 、メディアアクセス制御とも呼ばれます)サブレイヤーは、有線、光、またはワイヤレスの伝送メディアとの相互作用を担当するハードウェアを制御するレイヤーです。MACサブレイヤーと論理リンク制御(LLC)サブレイヤーは、一緒にデータリンクレイヤーを構成します。データリンク層内では、LLCが論理リンク(EtherType802.1Q VLANタグなど)のフロー制御と多重化を提供し、MACが伝送媒体のフロー制御と多重化を提供 ます

これらの2つのサブレイヤーは、一緒にOSIモデルのレイヤー2に対応します。互換性の理由から、LLCはIEEE 802.3の実装ではオプションです(フレームは「raw」になります)が、他のIEEE802物理層標準の実装では必須です。OSIモデルとIEEE802標準の階層内で、MACサブレイヤーは、物理リンク制御の複雑さがネットワークスタックのLLCと上位層に見えないように、物理層の制御抽象化を提供します。したがって、任意のLLCサブレイヤー(およびそれ以上のレイヤー)を任意のMACで使用できます。次に、メディアアクセス制御ブロックは、メディアに依存しないインターフェイスを介してPHYに正式に接続されます。現在、MACブロックは通常、同じデバイスパッケージ内のPHYと統合されていますが、これまで、伝送媒体に関係なく、任意のMACを任意のPHYで使用できました。

ネットワーク上の別のデバイスにデータを送信する場合、MACサブレイヤーは上位レベルのフレームを伝送メディアに適したフレームにカプセル化し(つまり、MACは同期ワードプリアンブルを追加し必要に応じてパディングも追加します)、送信エラーを識別するためのフレームチェックシーケンスを追加します。次に、適切なチャネルアクセス方式で許可されるとすぐに、データを物理層に転送します。衝突ドメインを持つトポロジ(バス、リング、メッシュ、ポイントツーマルチポイントトポロジ)の場合、衝突を回避するために、データが送信されるタイミングと待機するタイミングを制御する必要があります。さらに、MACは、ジャム信号が発生した場合に再送信を開始することにより、衝突を補正する役割も果たします。が検出されました。物理層からデータを受信する場合、MACブロックは、送信者のフレームチェックシーケンスを検証することでデータの整合性を確保し、データを上位層に渡す前に送信者のプリアンブルとパディングを取り除きます。

MACサブレイヤーで実行される機能

IEEE Std 802-2001セクション6.2.3「MACサブレイヤー」によると、MACレイヤーによって実行される主な機能は次のとおりです。[3]

  • フレームの区切りと認識
  • 宛先ステーションのアドレス指定(個々のステーションおよびステーションのグループの両方として)
  • ソースステーションのアドレス情報の伝達
  • LLC PDU、またはイーサネットサブレイヤーの同等の情報の透過的なデータ転送
  • 通常、フレームチェックシーケンスを生成およびチェックすることによるエラーからの保護
  • 物理的な伝送媒体へのアクセスの制御

イーサネットの場合、MACに必要な機能は次のとおりです。[4]

  • 通常のフレームの受信/送信
  • 半二重再送信およびバックオフ機能
  • FCSの追加/チェック(フレームチェックシーケンス
  • フレーム間ギャップの強制
  • 不正な形式のフレームを破棄する
  • prepend(tx)/ remove(rx)プリアンブル、SFD(開始フレーム区切り文字)、およびパディング
  • 半二重互換性:append(tx)/ remove(rx)MACアドレス

アドレス指定メカニズム

IEEE 802ネットワークおよびFDDIネットワークで使用されるローカルネットワークアドレスは、メディアアクセス制御アドレスと呼ばれますこれらは、初期のイーサネット実装で使用されていたアドレス指定スキームに基づいています。MACアドレスは、一意のシリアル番号として使用されます。MACアドレスは通常、製造時にネットワークインターフェイスハードウェアに割り当てられます。アドレスの最も重要な部分は、アドレスの残りの部分を割り当てる製造元を識別し、したがって、潜在的に一意のアドレスを提供します。これにより、リピーターハブブリッジ、およびリピーターの組み合わせによってホストを相互接続するネットワークリンクでフレームを配信できるようになります。スイッチですが、ネットワーク層 ルーターではありません。したがって、たとえば、IPパケットが宛先(サブ)ネットワークに到達すると、宛先IPアドレス(レイヤー3またはネットワークレイヤーの概念)はIPv4のアドレス解決プロトコルまたはネイバーディスカバリープロトコル(IPv6)によって解決されます。宛先ホストのMACアドレス(レイヤー2の概念)。

物理ネットワークの例としては、イーサネットネットワークとWi-Fiネットワークがあり、どちらもIEEE 802ネットワークであり、IEEE 80248ビットMACアドレスを使用します。

全二重 ポイントツーポイント通信ではMAC層は必要ありませんが、互換性の理由から、アドレスフィールドは一部のポイントツーポイントプロトコルに含まれています。

チャネルアクセス制御メカニズム

MAC層によって提供されるチャネルアクセス制御メカニズムは、マルチアクセス方式とも呼ばれますこれにより、同じ物理メディアに接続された複数のステーションがそれを共有できるようになります。共有物理メディアの例としては、バスネットワークリングネットワーク、ハブネットワーク、ワイヤレスネットワーク、および半二重のポイントツーポイントリンクがあります。マルチアクセス方式では、パケットモード競合ベースのチャネルアクセス方式が使用されている場合はデータパケットの衝突を検出または回避できます。また、回線交換の場合は、リソースを予約して論理チャネルを確立できます。または、チャネライゼーションベースのチャネルアクセス方式が使用されます。チャネルアクセス制御メカニズムは、物理層マルチプレックス方式 に依存しています。

最も普及している多元接続方式は、イーサネットネットワークで使用される競合ベースのCSMA / CDです。このメカニズムは、イーサネットバスネットワークやハブベースのスタートポロジネットワークなどのネットワーク衝突ドメイン内でのみ使用されます。イーサネットネットワークは、ブリッジとスイッチによって相互接続されたいくつかの衝突ドメインに分割される場合があります。

今日のスイッチドイーサネットネットワークなどのスイッチド全二重ネットワークでは、マルチアクセス方式は必要ありませんが、互換性の理由から、多くの場合、機器で使用できます。

同時送信のための多元接続制御メカニズム

ワイヤレスパーソナルエリアネットワークで指向性アンテナとミリ波通信を使用すると、ローカライズされたエリアでの非干渉送信の同時スケジューリングの可能性が高まり、ネットワークスループットが大幅に向上します。ただし、同時送信の最適なスケジューリングはNP困難な問題です。[5]

セルラーネットワーク

GSMUMTSLTEネットワークなどのセルラーネットワークもMAC層を使用します。セルラーネットワークのMACプロトコルは、高価なライセンススペクトルを最大限に活用するように設計されています。[6]セルラーネットワークのエアインターフェイスは、OSIモデルのレイヤー1と2にあります。レイヤー2では、複数のプロトコルレイヤーに分割されます。UMTSおよびLTEでは、これらのプロトコルは、パケットデータコンバージェンスプロトコル(PDCP)、無線リンク制御(RLC)プロトコル、およびMACプロトコルです。基地局は、エアインターフェイスを完全に制御し、すべてのデバイスのダウンリンクアクセスとアップリンクアクセスをスケジュールします。MACプロトコルはによって指定されますUMTSの場合はTS25.321 [ 7 ] 、LTEの場合はTS 36.321 [8]、5Gの場合はTS 38.321 [ 9 ]3GPP

も参照してください

参考文献

  1. ^ 「X.225:情報技術–オープンシステム相互接続–コネクション型セッションプロトコル:プロトコル仕様」2021年2月1日にオリジナルからアーカイブされました2021年11月24日取得
  2. ^ W. Richard Stevens、 TCP / IP Illustrated、Volume 1:The Protocols、Addison Wesley、1994、ISBN0-201-63346-9。
  3. ^ 「IEEE802-2001(R2007)ローカルおよびメトロポリタンエリアネットワークのIEEE標準:概要とアーキテクチャ」(PDF)IEEE。
  4. ^ "4.1.4"、IEEE 802.3-2002、IEEE
  5. ^ ビラル、ムハマド; etal。(2014)。「指向性アンテナを備えたWPANにおけるマルチホップ同時伝送のためのタイムスロットスケジューリング方式」。ETRIジャーナル36(3):374–384。arXiv1801.06018土井10.4218 /etrij.14.0113.0703
  6. ^ Guowang Miao ; イェンス・ゼンダー; Ki Won Sung; ベンスリマネ(2016)。モバイルデータネットワークの基礎ケンブリッジ大学出版局ISBN 978-1107143210
  7. ^ 3GPP TS 25.321メディアアクセス制御(MAC)プロトコル仕様
  8. ^ 3GPP TS 36.321 Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA); 媒体アクセス制御(MAC)プロトコル仕様
  9. ^ 3GPP TS 38.321 NR; 媒体アクセス制御(MAC)プロトコル仕様