MAC層
MAC層(Media Access Control layer)は、通信ネットワークにおいてデータリンク層をさらに細分化した下位サブレイヤとして位置づけられ、物理層と上位サブレイヤ間のデータ伝送を制御する役割を担う。無線通信から有線LAN、IoT機器の短距離通信規格など、幅広い分野で採用されており、チャネルアクセスの管理や誤り検出、フレーム再送制御など、伝送の効率と信頼性を高める仕組みを提供することで、端末間の安定したデータ交換を実現する要といえる。
概要
OSI参照モデルにおいて、データリンク層は上位のネットワーク層と下位の物理層の間に位置し、フレーム単位でのデータ送受信を行う。このとき、データリンク層はLLC(Logical Link Control)とMAC層の2つのサブレイヤに分割されることが多い。LLCは論理的な接続やフロー制御を担当し、一方のMAC層は物理的なチャネルへのアクセス権やフレームの組み立て・エンコードを制御する。これにより、各端末が共通メディアを効率よく利用できるよう統制がとられている。
役割と機能
MAC層の主な役割は、フレーム単位での送受信管理とチャネルアクセス方式の確立である。CSMA/CD(CSMA with Collision Detection)やCSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance)、TDMAやFDMAなど、ネットワークの種類や物理媒体に合わせて異なるアクセス制御手法を採用し、衝突や混信を最小化しながら複数の端末が平等に通信できるよう調整する。さらに、フレームヘッダ内における宛先・送信元情報の設定やFCS(Frame Check Sequence)を用いた誤り検出機能なども担い、品質の高い通信を実現する要素を備えている。
有線LANにおける活用
イーサネットの世界では、初期には同軸ケーブルを複数端末で共有する半二重の仕組みが用いられ、CSMA/CDによって衝突を検知する方式が採られていた。スイッチングハブを介した全二重通信が主流となった今でも、MAC層フレームの構造やMACアドレスによる端末識別といった基本的設計は変わらない。各ポートに繋がる端末をMACアドレスで管理することで、スイッチは通信相手を特定してデータを転送し、混信や衝突のない効率的な通信を実現できるようになっている。
無線LANにおける特徴
IEEE 802.11(Wi-Fi)では、電波を共有メディアとして利用するため、CSMA/CAをベースにRTS/CTS(送信要求と送信許可)と呼ばれる制御フレームを用いて衝突回避を図る機構が存在する。さらに、隠れ端末問題など無線独特の課題に対処するため、MAC層レベルで独自の再送制御やACK応答が組み込まれており、切断リスクが相対的に高い無線環境でも高い信頼性を確保しようとする設計が施されている。これにより、端末が複数存在しても公平にチャネル資源を利用し、快適な通信速度を享受できる。
IoTへの応用
センサーネットワークやLPWA(Low Power Wide Area)など、低消費電力かつ広範囲を対象とする規格においては、MAC層の設計がバッテリ寿命や通信の安定性に大きく影響を及ぼす。たとえばIEEE 802.15.4では、スーパーフレーム構造を用いた低消費電力モードが定義されており、ビーコンによってスリープスケジュールを管理し、端末の待機時間を最小限に抑える。こうした工夫が端末寿命の延長とネットワーク全体の活用効率に直結するため、IoT時代におけるMAC層の存在意義はさらに高まっている。
将来展望と課題
今後、5G/6Gや超低遅延が求められる産業用IoTなどで膨大なデバイスが同時接続される時代に突入する。そこで、高速大容量通信と超多数同時接続を両立させるため、MAC層のプロトコル設計やスケジューリング手法が更なる進化を遂げる必要がある。特に、ネットワークの動的変化や端末の移動性が高い環境では、リアルタイムでチャネル状態を予測・適応し、フレーム再送やスロット割り当てを柔軟に変更できる設計が重要視される。これによって、限られた周波数資源を最大限に活用し、途切れのない高品質通信を実現していく道筋が示唆されている。