CONTROL A DISTANCIA EN LAZO ABIERTO DE UN MOTOR DE C.A. VIA EL PROTOCOLO TCP/IP

I

NSTITUTO

P

OLITÉCNICO

N

ACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Profesional “Adolfo López Mateos”

“Control a distancia en lazo abierto de un motor de C. A. vía el

protocolo TCP/IP”

Tesis

Que para obtener el titulo de Ingeniero en Control y Automatización

Presentan:

Guerrero Gudiño Jesús

Orozco reyes Jorge Manuel

Mora Mendoza Iván

ÍNDICE

Í

Introducción. 4

Prologo 6

Objetivos 7

Unidad 1. Protocolo De Comunicación TCP/IP.

1.1. Historia. 8

1.2. Qué Es Y Cual Es La Arquitectura De TCP/IP. 8

1.3. Modelo OSI 9

1.3.1 Las Capas Del Modelo OSI 9

1.4 Protocolos TCP/IP 10

1.5. Características De TCP/IP. 10

1.6. Cómo Funciona TCP/IP. 11

1.6.1. IP: 11

1.6.2. La Dirección De Internet. 16

1.6.3. TCP. 18

1.6.3.1. Establecimiento De La Conexión (Negociación En Tres Pasos). 18

1.6.3.2. Transferencia De Datos. 19

1.6.3.3. Tamaño De Ventana TCP. 20

1.6.3.4. Escalado De Ventana. 20

1.6.3.5. Fin De La Conexión. 21

1.6.3.6. Puertos TCP. 21

1.7. En Que Se Utiliza TCP/IP. 22

1.8. Similitudes Y Diferencias Entre La Clase 4 Del Modelo OSI Y TCP. 22

1.9. La Nueva Versión De IP (IPNG). 25

1.9.1. Formato De La Cabecera. 25

1.9.2. Direcciones En La Versión 6. 26

Unidad 2. Generalidades del Motor de Corriente Alterna.

2.1. Introducción. 28

2.2. Magnetismo. 28

2.3. Propulsión magnética del motor. 30

2.4. Corriente Alterna (C. A.). 31

2.5. Operación básica del motor de C. A. 32

2.6. Comparación de las características de los motores de C. A. y C. D. 37

2.6.1. Construcción 37

Unidad 3. Programación Básica Aplicada A Microcontroladores

3.1. Introducción 40

3.2. Directivas del preprocesador 40

3.2.1. Control de memoria 40

3.2.2. Identificadores predefinidos 41

3.2.3. Directivas del C estándar 41

3.2.4. Especificación de dispositivos 42

3.2.5. Calificadores de función 43

3.2.6. Librerías incorporadas 45

3.3. Funciones permitidas por el compilador de C 45

3.3.1. Funciones de I/O discreta 56

3.3.2. Funciones de retardos 48

3.3.3. Funciones de control del procesador 49

3.3.4. Contadores / temporizadores 49

3.3.5. Funciones de manejo de cadenas 51

3.3.6. Funciones de entrada A/D 53

3.3.7. Funciones para la manipulación de bits 54

3.4. Definición de datos 55

3.5. Definición de función 57

3.6. Funciones: parámetros por referencia 58

3.7. Edición de un programa en C 58

3.8. Estructura de un programa en C 59

Unidad 4. Programación Del Protocolo TCP/IP

4.1. Interfaz de usuario 60

4.2. HTML 60

4.2.1. Historia del estándar 61

4.2.2. Códigos HTML básicos 61

4.3. Desarrollo de la página Web 62

4.3.1 Página con datos personales utilizando link 65

4.4. Stack de TCP/IP 71

Unidad 5. Pruebas de Hardware

5.1. Diseño E Implementación De Un Arrancador Suave De Motores De Baja Potencia De C. A. Monofásicos Con Un Mínimo De Electrónica

81

ÍNDICE

5.2. Funcionamiento del Arrancado 81

5.2.1 Detección de cruce por cero 82

5.3. La etapa de control (microcontrolador) 84

5.4. Optotriac y red Snubber 86

5.4.1. Margen de regulación 87

Análisis de Costos - Beneficios 89

Conclusiones 92

Anexo. Hojas de datos y especificaciones 93

Glosario 125

Introducción

Debido a las aplicaciones cada vez más frecuentes de la llamada electrónica de potencia, en los sistemas eléctricos de potencia ha habido una transformación importante en los últimos 25 años de los procesos productivos, En esencia, se trata de aprovechar las ventajas que en materia de regulación y control ofrecen los dispositivos electrónicos.

Dentro de las aplicaciones más comunes se encuentran las de los Sistemas Eléctricos de Potencia en la Transmisión de Energía y en el Control de Máquinas Eléctricas.

En la industria actual es difícil aislar la tecnología de la electrónica de potencia de las máquinas eléctricas y esto requiere necesariamente de un conocimiento completo de algunos dispositivos como son los diodos, transistores, tiristores y el dispositivo básico de nuestro trabajo, el Microcontrolador.

Antes de los accionamientos de C. A., existía el concepto de control de movimiento, que se daba en la forma de arranque y paro de las máquinas, usando vapor y medios neumáticos, así como medios hidráulicos.

Aún en la actualidad, hay un número importante de elementos de control no electrónicos que permaneces en las máquinas instaladas en diferentes procesos industriales. El control del movimiento puede ser tan simple como abrir o cerrar una válvula o tan complejo como programar un robot para desarrollar varios movimientos simultáneamente.

Existen muchos métodos y disciplinas usadas para el control del movimiento, sin embargo, la aparición de los accionadotes electrónicos han cambiado el concepto sensiblemente y lo han acercado más con la automatización, que puede incluir aspectos mecánicos, eléctricos o de computación.

En el inicio, cuando las primeras máquinas fueron accionadas por motores eléctricos, éstos actuaban como primo motores, siendo motores de C. A., de velocidad constante, más adelante fue necesario controlar la velocidad y se encontraron ventajas en algunos motores de C. D., ya que los motores de C. A., como ya se dijo, operan a velocidad constante.

El objetivo principal de este trabajo se centra en la aplicación y programación del protocolo TCP/IP (Transfer Control Portocol & Internet Protocol), en el control y supervisión del arranque de un motor de C. A.

PROLOGO

P

Este trabajo responde a la necesidad de controlar y monitorear una planta desde cualquier parte del mundo.

Para demostrar que esto es posible, se toma como ejemplo el control del arranque de un motor de C. A. Se hace énfasis en que la parte central de este trabajo es el control y monitoreo no crítico de una planta a través del protocolo TCP/IP y que el control del motor sirve como ejemplo de la viabilidad de esta tecnología.

El Protocolo TCP/IP es llamado protocolo de protocolos, ya que, dentro de éste se albergan más protocolos que serán desarrollados o explicados durante el avance de este trabajo. Debemos decir que en la actualidad este protocolo está presente en la mayoría de las redes, siendo la más extensa y conocida el INTERNET. Esta es una de las aplicaciones de mayor difusión a lo largo y ancho del mundo, de ahí la necesidad de utilizar y aprender a programar en base a este protocolo.

Objetivo:

Desarrollar el control a distancia de un motor de C. A. en lazo abierto a través de Internet vía el protocolo TCP/IP.

Objetivos particulares:

• Desarrollar la etapa de potencia que permita el control del motor de C. A.

• Acoplar la etapa de control y de potencia para realizar el control a distancia del motor de C. A.

UNIDADI. PROTOCOLODECOMUNICACIÓNTCP/IP

U

NIDAD

I

P

ROTOCOLO

D

E

C

OMUNICACIÓN

TCP/IP

1.1 Historia

El Protocolo de Internet (IP) y el Protocolo de Transmisión (TCP), fueron desarrollados inicialmente en 1973 por el informático estadounidense Vinton Cerf como parte de un proyecto dirigido por el ingeniero norteamericano Robert Kahn y patrocinado por la Agencia de Programas Avanzados de Investigación (ARPA, siglas en inglés) del Departamento Estadounidense de Defensa. Internet comenzó siendo una red informática de ARPA (llamada ARPAnet) que conectaba redes de computadoras de varias universidades y laboratorios en investigación en Estados Unidos. World Wide Web se desarrolló en 1989 por el informático británico Timothy Berners-Lee para el Consejo Europeo de Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés).

1.2 Qué Es Y Cual Es La Arquitectura De TCP/IP

TCP/IP es el protocolo más comúnmente utilizado por todas las computadoras conectadas a Internet, de manera que estas puedan comunicarse entre sí. Hay que tener en cuenta que en Internet se encuentran conectadas computadoras de clases muy diferentes y con hardware y software

incompatibles en muchos casos, además de todos los medios y formas posibles de conexión. Aquí se encuentra una de las grandes ventajas del TCP/IP, pues este protocolo se encargará de que la comunicación entre todos sea posible. TCP/IP es compatible con cualquier sistema operativo y con cualquier tipo dehardware.

TCP/IP no es un único protocolo, sino que es en realidad un conjunto de protocolos que cubren los distintos niveles del modelo OSI. Los dos protocolos más importantes son el TCP (Transmission Control Protocol) y el IP (Internet Protocol), que son los que dan nombre al conjunto. La

arquitectura del TCP/IP consta de cinco niveles o capas en las que se agrupan los protocolos, y que se relacionan con los niveles OSI de la siguiente manera:

• Aplicación: Se corresponde con los niveles OSI de aplicación, presentación y sesión. Aquí se incluyen protocolos destinados a proporcionar servicios, tales como correo electrónico (SMTP), transferencia de ficheros (FTP), conexión remota (TELNET) y otros más recientes como el protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol).

• Transporte: Coincide con el nivel de transporte del modelo OSI. Los protocolos de este nivel, tales como TCP y UDP, se encargan de manejar los datos y proporcionar la fiabilidad necesaria en el transporte de los mismos.

• Internet: Es el nivel de red del modelo OSI. Incluye al protocolo IP, que se encarga de enviar los paquetes de información a sus destinos correspondientes. Es utilizado con esta finalidad por los protocolos del nivel de transporte.

• Físico:Análogo al nivel físico del OSI.

NIVEL DE APLICACIÓN NIVEL DE TRANSPORTE

NIVEL DE INTERNET NIVEL DE RED

NIVEL FÍSICO

Figura 1.1.- Arquitectura TCP/IP

El TCP/IP necesita funcionar sobre algún tipo de red o de medio físico que proporcione sus propios protocolos para el nivel de enlace de Internet. Por este motivo hay que tener en cuenta que los protocolos utilizados en este nivel pueden ser muy diversos y no forman parte del conjunto TCP/IP. Sin embargo, esto no debe ser problemático puesto que una de las funciones y ventajas principales del TCP/IP es proporcionar una abstracción del medio de forma que sea posible el intercambio de información entre medios diferentes y tecnologías que inicialmente son incompatibles.

Para transmitir información a través de TCP/IP, ésta debe ser dividida en unidades de menor tamaño. Esto proporciona grandes ventajas en el manejo de los datos que se transfieren y, por otro lado, esto es algo común en cualquier protocolo de comunicaciones. En TCP/IP cada una de estas unidades de información recibe el nombre de "datagrama" (datagram), y son conjuntos de datos que

se envían como mensajes independientes.

1.3 Modelo OSI

La Organización Internacional de Estandarización creo el modelo OSI y se dio a conocer en 1984 con el propósito de proveer un modelo de red para vendedores cuyos productos pueden interactuar en las redes. Este modelo provee una herramienta jerárquica para el entendimiento de tecnología de red, tanto para la base ya instalada como para el futuro de la red.

¿Por qué un modelo red de capas?

• Reduce la complejidad • Estandariza interfases

• Facilita la ingeniería modular • Simplifica el enseñar y aprender • Acelera la evolución

• Asegura que la tecnología interactúe

1.3.1 Las Capas Del Modelo OSI

Capa 7 (Aplicación). Provee servicio directo de aplicación. Las aplicaciones pueden variar, pero incluye mensajes electrónicos, por ejemplo un procesador de textos.

UNIDADI. PROTOCOLODECOMUNICACIÓNTCP/IP

Capa 5 (Sesión). Esta establece, mantiene y maneja las sesiones de aplicaciones.

Capa 4 (Transporte). Esta segmenta y reensambla datos en un paquete de datos. Incluye full o half duplex, flujo de control y servicios de recuperación de error.

Capa 3 (Red). Determina el mejor camino que pueden tomar los datos desde un lugar a otro a través de una red de Internet. Establece la conexión entre dos nodos a través de direccionamiento.

Capa 2 (Enlace de datos). Provee transmisión física a través del medio. Esta maneja notificación de error, topología de error y flujo de control.

Capa 1 (Física). Provee los estándares o normas eléctricas, mecánicas para activar y mantener el enlace físico entre sistemas.

1.4 Protocolos TCP/IP

FTP, SMTP, TELNET SNMP, X-WINDOWS,

RPC, NFS

TCP UDP

IP, ICMP, 802.2, X.25 ETHERNET, IEEE 802.2, X.25

• FTP (File Transfer Protocol). Se utiliza para transferencia de archivos.

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Es una aplicación para el correo electrónico. • TELNET: Permite la conexión a una aplicación remota desde un proceso o terminal.

• RPC (Remote Procedure Call). Permite llamadas a procedimientos situados remotamente. Se utilizan las llamadas a RPC como si fuesen procedimientos locales.

• SNMP (Simple Network Management Protocol). Se trata de una aplicación para el control de la red.

• NFS (Network File System). Permite la utilización de archivos distribuidos por los programas de la red.

• X-Windows. Es un protocolo para el manejo de ventanas e interfaces de usuario. • UDP: es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas.

1.5 Características De TCP/IP

Ya que dentro de un sistema TCP/IP los datos transmitidos se dividen en pequeños paquetes, éstos resaltan una serie de características.

• Las líneas de comunicación se pueden compartir entre varios usuarios. Cualquier tipo de paquete puede transmitirse al mismo tiempo, y se ordenará y combinará cuando llegue a su destino. Compare esto con la manera en que se transmite una conversación telefónica. Una vez que establece una conexión, se reservan algunos circuitos para usted, que no puede emplear en otra llamada, aun si deja esperando a su interlocutor por veinte minutos.

• Los datos no tienen que enviarse directamente entre dos computadoras. Cada paquete pasa de computadora en computadora hasta llegar a su destino. Éste, claro está, es el secreto de cómo se pueden enviar datos y mensajes entre dos computadoras aunque no estén conectadas directamente entre sí. Lo que realmente sorprende es que sólo se necesitan algunos segundos para enviar un archivo de buen tamaño de una máquina a otra, aunque estén separadas por miles de kilómetros y pese a que los datos tienen que pasar por múltiples computadoras. Una de las razones de la rapidez es que, cuando algo anda mal, sólo es necesario volver a transmitir un paquete, no todo el mensaje.

• Los paquetes no necesitan seguir la misma trayectoria. La red puede llevar cada paquete de un lugar a otro y usar la conexión más idónea que esté disponible en ese instante. No todos los paquetes de los mensajes tienen que viajar, necesariamente, por la misma ruta, ni necesariamente tienen que llegar todos al mismo tiempo.

• La flexibilidad del sistema lo hace muy confiable. Si un enlace se pierde, el sistema usa otro. Cuando usted envía un mensaje, el TCP divide los datos en paquetes, ordena éstos en secuencia, agrega cierta información para control de errores y después los lanza hacia fuera, y los distribuye. En el otro extremo, el TCP recibe los paquetes, verifica si hay errores y los vuelve a combinar para convertirlos en los datos originales. De haber error en algún punto, el programa TCP destino envía un mensaje solicitando que se vuelvan a enviar determinados paquetes.

1.6 Cómo Funciona TCP/IP

1.6.1 IP:

IP, a diferencia del protocolo X.25, que está orientado a conexión, es sin conexión. Está basado en la idea de los datagramas interred, los cuales son transportados transparentemente, pero no siempre con seguridad, desde el hostal fuente hasta el hostal destinatario, quizás recorriendo varias redes mientras viaja.

El protocolo IP trabaja de la siguiente manera: la capa de transporte toma los mensajes y los divide en datagramas, de hasta 64K octetos cada uno. Cada datagrama se transmite a través de la red interred, posiblemente fragmentándose en unidades más pequeñas, durante su recorrido normal. Al final, cuando todas las piezas llegan a la máquina destinataria, la capa de transporte los reensambla para así reconstruir el mensaje original.

UNIDADI. PROTOCOLODECOMUNICACIÓNTCP/IP

0-3 4-7 8-15 16-18 19-31

Versión Tamaño Cabecera Tipo de Servicio Longitud Total Identificador Indicadores Posición de_Fragmento

Tiempo de Vida Protocolo Checksum Cabecera

Dirección IP de Origen Dirección IP de Destino

Opciones Relleno

Figura 1.2.- Formato de la Cabecera IP (Versión 4)

Versión: 4 bits. (0100)→ Siempre vale lo mismo

Este campo describe el formato de la cabecera utilizada. En la tabla se describe la versión 4.

Tamaño Cabecera (IHL): 4 bits.

Longitud de la cabecera, en palabras de 32 bits. Su valor mínimo es de 5 para una cabecera correcta, y el máximo de 15.

Tipo de Servicio: 8 bits.

Indica una serie de parámetros sobre la calidad de servicio deseada durante el tránsito por una red. Algunas redes ofrecen prioridades de servicios, considerando determinado tipo de paquetes "más importantes" que otros (en particular estas redes solo admiten los paquetes con prioridad alta en momentos de sobrecarga). Estos 8 bits se agrupan como se muestra a continuación. Los 5 bits de menos peso son independientes e indican características del servicio:

• Bit 0: sin uso, debe permanecer en 0. • Bit 1: 1 costo mínimo, 0 costo normal.

• Bit 2: 1 máxima fiabilidad, 0 fiabilidad normal. • Bit 3: 1 máximo rendimiento, 0 rendimiento normal. • Bit 4: 1 mínima demora, 0 demora normal.

Los 3 bits restantes están relacionados con la precedencia de los mensajes, un indicador ajunto que indica el nivel de urgencia basado en el sistema militar de precedencia de la CCEB, una organización de comunicaciones electrónicas militares formada por 5 naciones. La urgencia que estos estados representan aumenta a medida que el número formado por estos 3 bits lo hace, y responden a los siguientes nombres.

• 000: De rutina. • 001: Inmediato. • 010: Inmediato. • 011: Relámpago.

• 100: Invalidación relámpago.

• 110: Control de trabajo de Internet. • 111: Control de red.

Longitud Total: 16 bits.

Es el tamaño total, en octetos, del datagrama, incluyendo el tamaño de la cabecera y el de los datos. El tamaño máximo de los datagramas usados normalmente es de 576 octetos (64 de cabeceras y 512 de datos). Una máquina no debería enviar datagramas mayores a no ser que tenga la certeza de que van a ser aceptados por la máquina destino.

En caso de fragmentación este campo contendrá el tamaño del fragmento, no el del datagrama original.

Identificador: 16 bits.

Identificador único del datagrama. Se utilizará, en caso de que el datagrama deba ser fragmentado, para poder distinguir los fragmentos de un datagrama de los de otro. El originador del datagrama debe asegurar un valor único para la pareja origen-destino y el tipo de protocolo durante el tiempo que el datagrama pueda estar activo en la red.

Indicadores: 3 bits.

Actualmente utilizado sólo para especificar valores relativos a la fragmentación de paquetes:

• bit0: Reservado; debe ser 0

• bit1:0 = Divisible,1 = No Divisible

• bit2:0 = Último Fragmento,1 = Fragmento Intermedio (le siguen más fragmentos)

La indicación de que un paquete es indivisible debe ser tenida en cuenta bajo cualquier circunstancia. Si el paquete necesitara ser fragmentado, no se enviará.

Posición de Fragmento: 13 bits.

En paquetes fragmentados indica la posición, en unidades de 64 bits, que ocupa el paquete actual dentro del datagrama original. El primer paquete de una serie de fragmentos contendrá en este campo el valor 0.

Tiempo de Vida (TTL): 8 bits.

Indica el máximo número de direccionadores que un paquete puede atravesar. Cada vez que algún nodo procesa este paquete disminuye su valor en, como mínimo, un direccionador. Cuando llegue a ser 0, el paquete no será reenviado.

Protocolo: 8 bits.

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Checksum Cabecera: 16 bits.

Checksum de la cabecera. Se recalcula cada vez que algún nodo cambia alguno de sus campos (por ejemplo, el Tiempo de Vida). El método de cálculo (intencionadamente simple) consiste en sumar el complemento a 1 de cada palabra de 16 bits de la cabecera y hacer el complemento a 1 del valor resultante.

Dirección IP de Origen: 32 bits.

Contiene la dirección delhost que envía el paquete.

Dirección IP de Destino: 32 bits

Esta dirección es la delhost que recibirá la información. Losrouters o gateways intermedios deben

conocerla para dirigir correctamente el paquete.

Opciones: Variable.

Aunque no es obligatoria la utilización de este campo, cualquier nodo debe ser capaz de interpretarlo.

Puede contener un número indeterminado de opciones, que tendrán dos posibles formatos:

1. Simple: Un sólo octeto indicando el "Tipo de Opción":

El Tipo de Opción está dividido en 3 campos:

a) Indicador de Copia: 1 bit. En caso de fragmentación, la Opción se copiará o no a cada nuevo fragmento según el valor de este campo:

0 = no se copia, 1 = se copia.

b) Clase de Opción: 2 bits. Las posibles clases son:

0 = control, 1 = reservada,

2 = depuración y mediciones, 3 = reservada.

c) Número de Opción: 5 bits. Identificador de la Opción.

2. Compuesto: Un octeto para "Tipo de Opción", otro para "Tamaño de Opción", y uno o más octetos conformando los "Datos de Opción".

La siguiente tabla muestra las opciones actualmente definidas:

Clase Número Tamaño Descripción

0 0 - Final de lista de opciones. Formato simple.

0 1 - Ninguna operación (NOP). Formato simple.

0 2 11 Seguridad.

0 3 variable Enrutado desde el Origen, abierto (Loose Source Routing). 0 9 variable Enrutado desde el Origen, estricto (Strict Source Routing). 0 7 variable Registro de Ruta (Record Route).

0 8 4 Identificador de flujo (Stream ID).

2 4 variable Marca de tiempo (Internet Timestamping).

Final de Lista de Opciones: Se usa al final de la lista de opciones, si ésta no coincide con el final de la cabecera IP.

Ninguna Operación (NOP): Se puede usar para forzar la alineación de las opciones en palabras de 32 bits.

Seguridad: Especifica niveles de seguridad que van desde "No Clasificado" hasta "Máximo Secreto", definidos por la Agencia de Seguridad de la Defensa (de EE.UU.).

Enrutado desde el Origen (abierto) y Registro de Ruta (LSSR): Esta opción provee el mecanismo para que el originador de un datagrama pueda indicar el itinerario que ha de seguir a través de la red y para registrar el camino seguido.

Los Datos de Opción consisten en un puntero (un octeto) y una lista de direcciones IP (4 octetos cada una) que se han de alcanzar ("procesar"):

El puntero indica la posición de la siguiente dirección de la ruta, dentro de la Opción; así, su valor mínimo es de 4.

Cuando un nodo de Internet procesa la dirección de la lista apuntada por el puntero (es decir, se alcanza esa dirección) incrementa el puntero en 4, y redirige el paquete a la siguiente dirección. Si el puntero llega a ser mayor que el Tamaño de Opción significa que la información de ruta se ha procesado y registrado completamente y se redirigirá el paquete a su dirección de destino.

Si se alcanza la dirección de destino antes de haber procesado la lista de direcciones completa (el puntero es menor que el Tamaño de Opción) la siguiente dirección de la lista reemplaza a la dirección de destino del paquete y es a su vez reemplazada por la dirección del nodo que está procesando el datagrama ("Ruta Registrada"), incrementando, además, el puntero en 4.

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Se considera que la ruta especificada por el originador es "abierta" porque cualquier nodo que procesa el paquete es libre de dirigirlo a la siguiente dirección siguiendo cualquier otra ruta intermedia.

Sólo puede usarse una vez en un datagrama, y, en caso de fragmentación, la opción se copiará a los paquetes resultantes.

Enrutado desde el Origen (estricto) y Registro de Ruta (SSRR): Exactamente igual que LSSR, excepto en el tratamiento que los nodos harán de este datagrama. Al ser la ruta especificada "estricta", un nodo debe reenviar el paquete directamente a la siguiente dirección, es decir, no podrá redireccionarlo por otra red.

Registro de Ruta: Mediante el uso de esta Opción se puede registrar el itinerario de un datagrama. Los Datos de Opción consisten en un puntero (un octeto) y un espacio relleno de ceros que contendrá la Ruta Registrada para el paquete.

Cuando un nodo recibe un paquete en el que está presente esta opción, escribirá su dirección IP en la posición indicada por el puntero, siempre que ésta sea menor que el Tamaño de Opción, e incrementará el puntero en 4.

Es preciso que el espacio reservado para la Ruta Registrada tenga una longitud múltiplo de 4; si al intentar grabar su dirección un nodo detecta que existe espacio libre pero es menor de 4 octetos, el paquete no se reenvía (se pierde) y se notifica el error, mediante ICMP, al originador del datagrama.

Esta Opción no se copia en caso de fragmentación, y sólo puede aparecer una vez en un paquete.

Relleno: Variable.

Utilizado para asegurar que el tamaño, en bits, de la cabecera es un múltiplo de 32. El valor usado es el 0.

1.6.2 La Dirección De Internet

El protocolo IP identifica a cada computadora que se encuentre conectada a la red mediante su

correspondiente dirección. Esta dirección es un número de 32 bits que debe ser único para cadahost,

y normalmente suele representarse como cuatro cifras de 8 bits separadas por puntos.

La dirección de Internet (IP Address) se utiliza para identificar tanto a la computadora en concreto como la red a la que pertenece, de manera que sea posible distinguir a las computadoras que se encuentran conectados a una misma red. Con este propósito, y teniendo en cuenta que en Internet se encuentran conectadas redes de tamaños muy diversos, se establecieron tres clases diferentes de direcciones, las cuales se representan mediante tres rangos de valores:

• Clase A: Son las que en su primer byte tienen un valor comprendido entre 1 y 126, incluyendo ambos valores. Estas direcciones utilizan únicamente este primer byte para identificar la red, quedando los otros tres bytes disponibles para cada uno de los hosts que

redes muy extensas, pero hay que tener en cuenta que sólo puede haber 126 redes de este tamaño. ARPAnet es una de ellas, existiendo además algunas grandes redes comerciales, aunque son pocas las organizaciones que obtienen una dirección de "clase A". Lo normal para las grandes organizaciones es que utilicen una o varias redes de "clase B".

• Clase B: Estas direcciones utilizan en su primer byte un valor comprendido entre 128 y 191, incluyendo ambos. En este caso el identificador de la red se obtiene de los dos primeros bytes de la dirección, teniendo que ser un valor entre 128.1 y 191.254 (no es posible utilizar los valores 0 y 255 por tener un significado especial). Los dos últimos bytes de la dirección constituyen el identificador del host permitiendo, por consiguiente, un número máximo de

64516 computadoras en la misma red. Este tipo de direcciones tendría que ser suficiente para la gran mayoría de las organizaciones grandes. En caso de que el número de computadoras que se necesita conectar fuese mayor, sería posible obtener más de una dirección de "clase B", evitando de esta forma el uso de una de "clase A".

• Clase C: En este caso el valor del primer byte tendrá que estar comprendido entre 192 y 223, incluyendo ambos valores. Este tercer tipo de direcciones utiliza los tres primeros bytes para el número de la red, con un rango desde 192.1.1 hasta 223.254.254. De esta manera queda libre un byte para el host, lo que permite que se conecten un máximo de 254 computadoras

en cada red. Estas direcciones permiten un menor número dehost que las anteriores, aunque

son las más numerosas pudiendo existir un gran número redes de este tipo (más de dos millones).

Tabla de direcciones IP de Internet.

Clase Primer byte Identificación

de red Identificaciónde hosts Númerode redes Númerode hosts

A 1 .. 126 1 byte 3 byte 126 16.387.064

B 128 .. 191 2 byte 2 byte 16.256 64.516

C 192 .. 223 3 byte 1 byte 2.064.512 254

En la clasificación de direcciones anterior se puede notar que ciertos números no se usan. Algunos de ellos se encuentran reservados para un posible uso futuro, como es el caso de las direcciones cuyo primer byte sea superior a 223 (clases D y E, que aún no están definidas), mientras que el valor 127 en el primer byte se utiliza en algunos sistemas para propósitos especiales. También es importante notar que los valores 0 y 255 en cualquier byte de la dirección no pueden usarse normalmente por tener otros propósitos específicos.

El número 0 está reservado para las máquinas que no conocen su dirección, pudiendo utilizarse tanto en la identificación de red para máquinas que aún no conocen el número de red a la que se encuentran conectadas, en la identificación dehost para máquinas que aún no conocen su número de host dentro de la red, o en ambos casos.

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conectados a la misma red. Esto puede ser útil si se necesita enviar el mismo datagrama a un número determinado de sistemas, resultando más eficiente que enviar la misma información solicitada de manera individual a cada uno. Otra situación para el uso debroadcast es cuando se quiere convertir

el nombre por dominio de una computadora a su correspondiente número IP y no se conoce la dirección del servidor de nombres de dominio más cercano.

Lo usual es que cuando se quiere hacer uso delbroadcast se utilice una dirección compuesta por el

identificador normal de la red y por el número 255 (todo unos en binario) en cada byte que identifique al host. Sin embargo, por conveniencia también se permite el uso del número

255.255.255.255 con la misma finalidad, de forma que resulte más simple referirse a todos los sistemas de la red.

Elbroadcast es una característica que se encuentra implementada de formas diferentes dependiendo

del medio utilizado, y por lo tanto, no siempre se encuentra disponible. En ARPAnet y en las líneas punto a punto no es posible enviarbroadcast, pero sí que es posible hacerlo en las redes Ethernet,

donde se supone que todos las computadoras prestarán atención a este tipo de mensajes.

En el caso de algunas organizaciones extensas puede surgir la necesidad de dividir la red en otras redes más pequeñas (subnets). Como ejemplo podemos suponer una red de clase B que,

naturalmente, tiene asignado como identificador de red un número de dos bytes. En este caso sería posible utilizar el tercer byte para indicar en qué red Ethernet se encuentra unhost en concreto. Esta

división no tendrá ningún significado para cualquier otra computadora que esté conectada a una red perteneciente a otra organización, puesto que el tercer byte no será comprobado ni tratado de forma especial. Sin embargo, en el interior de esta red existirá una división y será necesario disponer de un software de red especialmente diseñado para ello. De esta forma queda oculta la organización interior de la red, siendo mucho más cómodo el acceso que si se tratara de varias direcciones de clase C independientes.

1.6.3 TCP:

Las conexiones TCP se componen de tres etapas: establecimiento de conexión, transferencia de datos y fin de la conexión. Para establecer la conexión se usa el procedimiento llamadonegociación en tres pasos (3-way handshake). Una negociación en cuatro pasos (4-way handshake) es usada

para la desconexión. Durante el establecimiento de la conexión, algunos parámetros como el número de secuencia son configurados para asegurar la entrega ordenada de los datos y la robustez de la comunicación.

1.6.3.1 Establecimiento De La Conexión (Negociación En Tres Pasos)

Aunque es posible que un par de entidades finales comiencen una conexión entre ellas simultáneamente, normalmente una de ellas abre un socket en un determinado puerto TCP y se queda a la escucha de nuevas conexiones. Es común referirse a esto como apertura pasiva, y determina el lado servidor de una conexión. El lado cliente de una conexión realiza una apertura activa de un puerto enviando un segmento SYN inicial al servidor como parte de la negociación en tres pasos. El lado servidor respondería a la petición SYN válida con un paquete SYN/ACK. Finalmente, el cliente debería responderle al servidor con un ACK, completando así la negociación en tres pasos (SYN, SYN/ACK y ACK) y la fase de establecimiento de conexión.

Es interesante notar que existe un número de secuencia generado por cada lado, ayudando de este modo a que no se puedan establecer conexiones falseadas (spoofing).

1.6.3.2 Transferencia De Datos

Durante la etapa de transferencia de datos, una serie de mecanismos claves determinan la fiabilidad y robustez del protocolo. Entre ellos están incluidos el uso del número de secuencia para ordenar los segmentos TCP recibidos y detectar paquetes duplicados, checksums para detectar errores, y asentimientos y temporizadores para detectar pérdidas y retrasos.

Durante el establecimiento de conexión TCP, losnúmeros iniciales de secuencia son intercambiados

entre las dos entidades TCP. Estos números de secuencia son usados para identificar los datos dentro del flujo de bytes, y poder identificar (y contar) los bytes de los datos de la aplicación. Siempre hay un par de números de secuencia incluidos en todo segmento TCP, referidos alnúmero de secuencia

y al número de asentimiento. Un emisor TCP se refiere a su propio número de secuencia cuando

habla de 1 número de secuencia, mientras que con el número de asentimiento se refiere al número de secuencia del receptor. Para mantener la fiabilidad, un receptor asiente los segmentos TCP indicando que ha recibido una parte del flujo continuo de bytes. Una mejora de TCP, llamada asentimiento selectivo (SACK, selective acknowledgement) permite a un receptor TCP asentir los datos que se han recibido de tal forma que el remitente solo retransmita los segmentos de datos que faltan.

A través del uso de números de secuencia y asentimiento, TCP puede pasar los segmentos recibidos en el orden correcto dentro del flujo de bytes a la aplicación receptora. Los números de secuencia son de 32 bits (sin signo), que vuelve a cero tras el siguiente byte después del 232-1. Una de las claves para mantener la robustez y la seguridad de las conexiones TCP es la selección delnúmero inicial de secuencia (ISN, Initial Sequence Number).

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Hay que fijarse en que el checksum de TCP también cubre los 96 bits de la cabecera que contiene la dirección origen, la dirección destino, el protocolo y el tamaño TCP. Esto proporciona protección contra paquetes mal dirigidos por errores en las direcciones.

El checksum de TCP es una comprobación bastante débil. En niveles de enlace con una alta probabilidad de error de bit quizá requiera una capacidad adicional de corrección/detección de errores de enlace. Si TCP fuese rediseñado hoy, muy probablemente tendría un código de redundancia cíclica (CRC) para control de errores en vez del actual checksum. La debilidad del checksum está parcialmente compensada por el extendido uso de un CRC en el nivel de enlace, bajo TCP e IP, como el usado en el PPP o en Ethernet. Sin embargo, esto no significa que el checksum de 16 bits es redundante: sorprendentemente, inspecciones sobre el tráfico de Internet han mostrado que son comunes los errores de software y hardware que introducen errores en los paquetes protegidos con un CRC, y que el checksum de 16 bits de TCP detecta la mayoría de estos errores simples.

Los asentimientos de los datos enviados o la falta de ellos, son usados por los emisores para interpretar las condiciones de la red entre el emisor y receptor TCP. Unido a los temporizadores, los emisores y receptores TCP pueden alterar el comportamiento del movimiento de datos. TCP usa una serie de mecanismos para conseguir un alto rendimiento y evitar la congestión de la red (la idea es enviar tan rápido como el receptor pueda recibir). Estos mecanismos incluyen el uso de ventana deslizante, algoritmo de comienzo lento, algoritmo de control de congestión, la retransmisión rápida, la recuperación rápida, y más.

1.6.3.3 Tamaño De Ventana TCP

El tamaño de la ventana de recepción TCP es la cantidad de datos recibidos (en bytes) que pueden ser metidos en el buffer de recepción durante la conexión. La entidad emisora puede enviar una cantidad determinada de datos pero antes debe esperar un asentimiento con la actualización del tamaño de ventana por parte del receptor.

Un ejemplo sería el siguiente: un receptor comienza con un tamaño de ventana x y recibe y bytes, entonces su tamaño de ventana será (x - y) y el transmisor sólo podrá mandar paquetes con un tamaño máximo de datos de (x - y) bytes. Los siguientes paquetes recibidos seguirán restando tamaño a la ventana de recepción. Esta situación seguirá así hasta que la aplicación receptora recoja los datos del buffer de recepción.

1.6.3.4 Escalado De Ventana

Para una mayor eficiencia en redes de gran ancho de banda, debe ser usado un tamaño de ventana mayor. El campo TCP de tamaño de ventana controla el movimiento de datos y está limitado a 16 bits, es decir, a un tamaño de ventana de 65.535 bytes.

Como el campo de ventana no puede expandirse se usa un factor de escalado. La escala de ventana TCP (TCP window scale) es una opción usada para incrementar el máximo tamaño de ventana desde 65.535 bytes, a 1 Gigabyte.

desplazados a la izquierda de los 16 bits que forman el campo del tamaño de ventana. El valor de la escala puede ir desde 0 (sin desplazamiento) hasta 14. Hay que recordar que un número binario desplazado un bit a la izquierda es como multiplicarlo en base decimal por 2.

1.6.3.5 Fin De La Conexión

Fig. 1.4.- Cierre de una conexión según el estándar

La fase de finalización de la conexión usa una negociación en cuatro pasos (four-way handshake), terminando la conexión desde cada lado independientemente. Cuando uno de los dos extremos de la conexión desea parar su "mitad" de conexión transmite un paquete FIN, que el otro interlocutor asentirá con un ACK. Por tanto, una desconexión típica requiere un par de segmentos FIN y ACK desde cada lado de la conexión.

Una conexión puede estar "medio abierta" en el caso de que uno de los lados la finalice pero el otro no. El lado que ha dado por finalizada la conexión no puede enviar más datos pero la otra parte si podrá.

1.6.3.6 Puertos TCP

TCP usa el concepto denúmero de puerto para identificar a las aplicaciones emisoras y receptoras.

Cada lado de la conexión TCP tiene asociado un número de puerto (de 16 bits sin signo, con lo que existen 65536 puertos posibles) asignado por la aplicación emisora o receptora. Los puertos son clasificados en tres categorías:

1. Bien conocidos 2. Registrados y 3. Dinámicos/privados.

Los puertos bien conocidos son asignados por la Internet Assigned Numbers Authority (IANA), van del 0 al 1023 y son usados normalmente por el sistema o por procesos con privilegios. Las aplicaciones que usan este tipo de puertos son ejecutadas como servidores y se quedan a la escucha de conexiones. Algunos ejemplos son: FTP (21), SSH (22), Telnet (23), SMTP (25) y HTTP (80).

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Los puertos dinámicos/privados también pueden ser usados por las aplicaciones de usuario, pero este caso es menos común. Los puertos dinámicos/privados no tienen significado fuera de la conexión TCP en la que fueron usados.

1.7 En Que Se Utiliza TCP/IP

Muchas grandes redes han sido implementadas con estos protocolos, incluyendo DARPA Internet "Defense Advanced Research Projects Agency Internet", en español, Red de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa. De igual forma, una gran variedad de universidades, agencias gubernamentales y empresas de computadoras, están conectadas mediante los protocolos TCP/IP. Cualquier máquina de la red puede comunicarse con otra distinta y esta conectividad permite enlazar redes físicamente independientes en una red virtual llamada Internet.

TCP/IP proporciona la base para muchos servicios útiles, incluyendo correo electrónico, transferencia de ficheros y login remoto.

El correo electrónico está diseñado para transmitir ficheros de texto pequeños. Las utilidades de transferencia sirven para transferir ficheros muy grandes que contengan programas o datos. También pueden proporcionar chequeos de seguridad controlando las transferencias.

El login remoto permite a los usuarios de una computadora acceder a una máquina remota y llevar a cabo una sesión interactiva.

1.8 Similitudes Y Diferencias Entre La Clase 4 Del Modelo OSI Y TCP

El protocolo de transporte de clase 4 del modelo OSI (al que con frecuencia se le llama TP4), y TCP tienen numerosas similitudes, pero también algunas diferencias. A continuación se dan a conocer los puntos en que los dos protocolos son iguales. Los dos protocolos están diseñados para proporcionar un servicio de transporte seguro, orientado a conexión y de extremo a extremo, sobre una red insegura, que puede perder, dañar, almacenar y duplicar paquetes. Los dos deben enfrentarse a los peores problemas como sería el caso de una subred que pudiera almacenar una secuencia válida de paquetes y más tarde volviera a entregarlos.

Los dos protocolos también son semejantes por el hecho de que los dos tienen una fase de establecimiento de conexión, una fase de transferencia de datos y después una fase de liberación de la conexión. Los conceptos generales del establecimiento, uso y liberación de conexiones también son similares, aunque difieren en algunos detalles. En particular, tanto TP4 como TCP utilizan la comunicación ida-vuelta-ida para eliminar las dificultades potenciales ocasionadas por paquetes antiguos que aparecieran súbitamente y pudiesen causar problemas.

La siguiente tabla muestra las diferencias entre el protocolo tp4 del modelo OSI y TCP

CARACTERÍSTICA OSI TP4 TCP

Numero de tipos de TPDU 9 1

Fallo de Conexión 2 conexiones 1 conexión

Formato de direcciones No está definido 32 bits

Calidad de servicio Extremo abierto Opciones específicas

Datos del usuario en CR Permitido No permitido

Flujo Mensajes Octetos

Datos importantes Acelerados Acelerados

Superposición No Sí

Control de flujo explícito Algunas veces Siempre

Número de subsecuencia Permitidos No Permitido

Liberación Abrupta Ordenada

Una segunda diferencia es con respecto a lo que sucede cuando los dos procesos, en forma simultánea, intentan establecer conexiones entre los mismos dos TSAP (es decir, una colisión de conexiones). Con TP4 se establecen dos conexiones duplex independientes; en tanto que con TCP, una conexión se identifica mediante un par de TSAP, por lo que solamente se establece una conexión.

Una tercera diferencia es con respecto al formato de direcciones que se utiliza. TP4 no especifica el formato exacto de una dirección TSAP; mientras que TCP utiliza números de 32 bits.

El concepto de calidad de servicio también se trata en forma diferente en los dos protocolos, constituyendo la cuarta diferencia. TP4 tiene un mecanismo de extremo abierto, bastante elaborado, para una negociación a tres bandas sobre la calidad de servicio. Esta negociación incluye al proceso que hace la llamada, al proceso que es llamado y al mismo servicio de transporte. Se pueden especificar muchos parámetros, y pueden proporcionarse los valores: deseado y mínimo aceptable. A diferencia de esto, TCP no tiene ningún campo de calidad de servicio, sino que el servicio subyacente IP tiene un campo de 8 bits, el cual permite que se haga una relación a partir de un número limitado de combinaciones de velocidad y seguridad.

Las cuatro diferencias anteriores se relacionan con la fase de establecimiento de la conexión. Las cinco siguientes se relacionan con la fase de transferencia de datos.

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Una diferencia básica es el modelo del transporte de datos. El modelo TP4 es el de una serie de mensajes ordenados (correspondientes a las TSDU en la terminología OSI). El modelo TCP es el de un flujo continuo de octetos, sin que haya ningún límite explícito entre mensajes. En la práctica, sin embargo, el modelo TCP no es realmente un flujo puro de octetos, porque el procedimiento de biblioteca denominado push puede llamarse para sacar todos los datos que estén almacenados, pero que todavía no se hayan transmitido. Cuando el usuario remoto lleva a cabo una operación de lectura, los datos anteriores y posteriores al push no se combinarán, por lo que, en cierta forma un push podría penarse como si definiesen una frontera entre mensajes.

La séptima diferencia se ocupa de cómo son tratados los datos importantes que necesitan de un procesamiento especial (como los caracteres BREAK). TP4 tiene dos flujos de mensajes independientes, los datos normales y los acelerados multiplexados de manera conjunta. En cualquier instante únicamente un mensaje acelerado puede estar activo. TCP utiliza el campo Acelerado para indicar que cierta cantidad de octetos, dentro de la TPDU actualmente en uso, es especial y debería procesarse fuera de orden.

La octava diferencia es la ausencia del concepto de superposición en TP4 y su presencia en TCP. Esta diferencia no es tan significativa como al principio podría parecer, dado que es posible que una entidad de transporte ponga dos TPDU, por ejemplo, DT y AK en un único paquete de red.

La novena diferencia se relaciona con la forma como se trata el control de flujo. TP4 puede utilizar un esquema de crédito, pero también se puede basar en el esquema de ventana de la capa de red para regular el flujo. TCP siempre utiliza un mecanismo de control de flujo explícito con el tamaño de la ventana especificado en cada TPDU.

La décima diferencia se relaciona con este esquema de ventana. En ambos protocolos el receptor tiene la capacidad de reducir la ventana en forma voluntaria. Esta posibilidad genera potencialmente problemas, si el otorgamiento de una ventana grande y su contracción subsiguiente llegan en un orden incorrecto. En TCP no hay ninguna solución para este problema; en tanto en TP4 éste se resuelve por medio del número de subsecuencia que está incluido en la contracción, permitiendo de esta manera que el emisor determine si la ventana pequeña siguió, o precedió, a la más grande.

Finalmente, la onceava y última diferencia existente entre los dos protocolos, consiste en la manera como se liberan las conexiones. TP4 utiliza una desconexión abrupta en la que una serie de TPDU de datos pueden ser seguidos directamente por una TPDU DR. Si las TPDU de datos se llegaran a perder, el protocolo no los podría recuperar y la información, al final se perdería. TCP utiliza una comunicación de ida-vuelta-ida para evitar la pérdida de datos en el momento de la desconexión. El modelo OSI trata este problema en la capa de sesión. Es importante hacer notar que la Oficina Nacional de Normalización de Estados Unidos estaba tan disgustada con esta propiedad de TP4, que introdujo TPDU adicionales en el protocolo de transporte para permitir la desconexión sin que hubiera una pérdida de datos. Como consecuencia de esto, las versiones de Estados Unidos y la internacional de TP4 son diferentes.

1.9 La Nueva Versión De IP (IPng)

La nueva versión del protocolo IP recibe el nombre de IPv6, aunque es también conocido comúnmente como IPng (Internet Protocol Next Generation). El número de versión de este

protocolo es el 6 (que es utilizada en forma mínima) frente a la antigua versión utilizada en forma mayoritaria. Los cambios que se introducen en esta nueva versión son muchos y de gran importancia, aunque la transición desde la versión antigua no debería ser problemática gracias a las características de compatibilidad que se han incluido en el protocolo. IPng se ha diseñado para solucionar todos los problemas que surgen con la versión anterior, y además ofrecer soporte a las nuevas redes de alto rendimiento (como ATM, Gigabit Ethernet, etc.)

Una de las características más llamativas es el nuevo sistema de direcciones, en el cual se pasa de los 32 a los 128 bit, eliminando todas las restricciones del sistema actual. Otro de los aspectos mejorados es la seguridad, que en la versión anterior constituía uno de los mayores problemas. Además, el nuevo formato de la cabecera se ha organizado de una manera más efectiva, permitiendo que las opciones se sitúen en extensiones separadas de la cabecera principal.

1.9.1 Formato De La Cabecera

El tamaño de la cabecera que el protocolo IPv6 añade a los datos es de 320 bits, el doble que en la versión antigua. Sin embargo, esta nueva cabecera se ha simplificado con respecto a la anterior. Algunos campos se han retirado de la misma, mientras que otros se han convertido en opcionales por medio de las extensiones. De esta manera los routers no tienen que procesar parte de la

información de la cabecera, lo que permite aumentar de rendimiento en la transmisión. El formato completo de la cabecera sin las extensiones es el siguiente:

• Versión: Número de versión del protocolo IP, que en este caso contendrá el valor 6.

Tamaño: 4 bits.

• Prioridad: Contiene el valor de la prioridad o importancia del paquete que se está enviando con respecto a otros paquetes provenientes de la misma fuente.Tamaño: 4 bits.

• Etiqueta de flujo: Campo que se utiliza para indicar que el paquete requiere un tratamiento especial por parte de losrouters que lo soporten.Tamaño: 24 bits.

• Longitud: Es la longitud en bytes de los datos que se encuentran a continuación de la cabecera.Tamaño: 16 bits.

• Siguiente cabecera: Se utiliza para indicar el protocolo al que corresponde la cabecera que se sitúa a continuación de la actual. El valor de este campo es el mismo que el de protocolo en la versión 4 de IP.Tamaño: 8 bits.

• Límite de existencia: Tiene el mismo propósito que el campo de la versión 4, y es un valor que disminuye en una unidad cada vez que el paquete pasa por un nodo.Tamaño: 8 bits. • Dirección de origen: El número de dirección del host que envía el paquete. Su longitud es

cuatro veces mayor que en la versión 4.Tamaño: 128 bits.

• Dirección de destino: Número de dirección de destino, aunque puede no coincidir con la dirección del host final en algunos casos. Su longitud es cuatro veces mayor que en la

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Versión Prioridad Etiqueta de flujo

Longitud Siguiente Cabecera

Límite de existencia Dirección de origen

Dirección de destino

Fig. 1.5.- Organización de la cabecera IPv6.

Las extensiones que permiten añadir esta versión del protocolo se sitúan inmediatamente después de la cabecera normal, y antes de la cabecera que incluye el protocolo de nivel de transporte. Los datos situados en cabeceras opcionales se procesan sólo cuando el mensaje llega a su destino final, lo que supone una mejora en el rendimiento. Otra ventaja adicional es que el tamaño de la cabecera no está limitado a un valor fijo de bytes como ocurría en la versión 4.

Por razones de eficiencia, las extensiones de la cabecera siempre tienen un tamaño múltiplo de 8 bytes. Actualmente se encuentran definidas extensiones para routing extendido, fragmentación y

ensamblaje, seguridad, confidencialidad de datos, etc.

1.9.2 Direcciones En La Versión 6

El sistema de direcciones es uno de los cambios más importantes que afectan a la versión 6 del protocolo IP, donde se han pasado de los 32 a los 128 bit (cuatro veces mayor). Estas nuevas direcciones identifican a un interfaz o conjunto de interfaces y no a un nodo, aunque como cada interfaz pertenece a un nodo, es posible referirse a éstos a través de su interfaz.

El número de direcciones diferentes que pueden utilizarse con 128 bits es enorme. Teóricamente serían 2128 direcciones posibles, siempre que no apliquemos algún formato u organización a estas direcciones. Este número es extremadamente alto, pudiendo llegar a soportar más de 665,000 trillones de direcciones distintas por cada metro cuadrado de la superficie del planeta Tierra. Según diversas fuentes consultadas, estos números una vez organizados de forma práctica y jerárquica quedarían reducidos en el peor de los casos a 1,564 direcciones por cada metro cuadrado, y siendo optimistas se podrían alcanzar entre los tres y cuatro trillones.

Existen tres tipos básicos de direcciones IPng según se utilicen para identificar a un interfaz en concreto o a un grupo de interfaces. Los bits de mayor peso de los que componen la dirección IPng son los que permiten distinguir el tipo de dirección, empleándose un número variable de bits para cada caso. Estos tres tipos de direcciones son:

• Direcciones unicast: Son las direcciones dirigidas a un único interfaz de la red. Las

direcciones unicast que se encuentran definidas actualmente están divididas en varios

grupos. Dentro de este tipo de direcciones se encuentra también un formato especial que facilita la compatibilidad con las direcciones de la versión 4 del protocolo IP.

• Direccionesanycast: Identifican a un conjunto de interfaces de la red. El paquete se enviará

necesitan ser configurados de manera especial. El formato es el mismo que el de las direccionesunicast.

• Direccionesmulticast: Este tipo de direcciones identifica a un conjunto de interfaces de la

red, de manera que el paquete es enviado a cada una de ellos individualmente.

Las direcciones de broadcast no están implementadas en esta versión del protocolo, debido a que

UNIDAD2. GENERALIDADESDELMOTORDECORRIENTEALTERNA

U

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2

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2.1 Introducción

Se ha dicho que si los antiguos Romanos, con su civilización y conocimiento avanzados de las ciencias, hubieran podido desarrollar el motor de vapor, el curso de la historia habría sido diferente. El desarrollo del motor eléctrico en épocas modernas ha indicado la verdad en esta teoría.

El desarrollo del motor eléctrico nos ha dado los medios más eficientes y más eficaces para realizar un trabajo. Con el motor eléctrico hemos podido reducir notablemente el trabajo que realiza el hombre para su supervivencia, además, hemos podido construir una civilización que ahora está alcanzando las estrellas.

El motor eléctrico es un dispositivo simple en principio, convierte energía eléctrica en energía mecánica. Al paso de los años, los motores eléctricos han cambiado substancialmente en diseño, no obstante los principios básicos de operación han seguido siendo iguales. En esta sección, mencionaremos los principios básicos del motor, los fenómenos del magnetismo, operación actual y básica de los motores de C. A.

2.2 Magnetismo

Antes de describir los principios básicos del motor, daremos una revisión del magnetismo.

Todos sabemos que un imán permanente atraerá objetos de metal cuando el objeto está cerca o en contacto con dicho el imán. El imán puede hacer esta función permanente debido a su fuerza magnética inherente, referida como "campo magnético". En la Figura 2.1, el campo magnético de dos imanes permanentes es representado por las "líneas del flujo". Estas líneas del flujo nos ayudan a visualizar el campo magnético de cualquier imán aunque representan solamente fenómenos invisibles. El número de líneas del flujo varía a partir de un campo magnético a otro. Cuanto más fuerte es el campo magnético, mayor es el número de las líneas del flujo que se dibujan para representar el campo magnético. Las líneas del flujo se dibujan con una dirección indicada puesto que debemos visualizar estas líneas y el campo magnético que representan movimientos que van del polo N al polo S, según lo demostrado en la Figura 2.1.

Figura 2.1.- Las líneas del flujo de un campo magnético viajan del polo N al polo S.

Figura 2.2.- El flujo de la corriente eléctrica en un conductor genera un campo magnético representado por las líneas concéntricas de flujo alrededor del conductor.

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Figura 2.3.- Las líneas magnéticas que circulan alrededor de un conductor salen del polo N y entran al polo S.

Figura 2.4.-Los polos de una bobina electromagnética cambian cuando la dirección del flujo actual cambia.

2.3 Propulsión Magnética Del Motor

Figura 2.5.- Propulsión magnética del motor

Sí la dirección de corrientes en las bobinas electromagnéticas fue invertida repentinamente, por consiguiente se invierte la polaridad de las dos bobinas, entonces, los polos otra vez sería opuestos y se repelerían entre ellos (Figura 2.5-c). Por lo tanto, el imán permanente continuaría rotando. Si la dirección actual en las bobinas electromagnéticas fuera cambiada todo el tiempo, el imán daría vuelta 180 grados a medio camino, entonces el imán continuaría rotando. Este dispositivo sencillo es un motor en su forma más simple. Un motor real es más complejo, sin embargo, el principio es igual.

2.4 Corriente Alterna (C. A.)

UNIDAD2. GENERALIDADESDELMOTORDECORRIENTEALTERNA

Figura 2.6.- Visualización de la C. D.

Con la C. A. es diferente. Como usted puede imaginarse, sería bastante difícil que la corriente fluya desde el punto de vista de 100 amperes en una dirección positiva e inmediatamente después esté fluyendo con dirección negativa de igual intensidad. En lugar de eso, como la corriente se alista para cambiar de direcciones, primero disminuye hasta que alcanza el flujo cero y después se acumula gradualmente en la otra dirección (véase Figura 2.7). Observe que el flujo actual máximo (los picos de la línea) en cada dirección es más que el valor especificado (100 Amperes). Por lo tanto, el valor especificado se da como valor promedio. Realmente se llama "raíz cuadrada media". Lo que es importante en nuestro estudio de motores, es darse cuenta de que la fuerza del campo magnético producido por una bobina electromagnética de C. A., aumenta y disminuye con el incremento y disminución del flujo de corriente alterna.

Figura 2.7.- Visualización de la C. A.

2.5 Operación Básica Del Motor De C. A.

rotor, está situado obviamente dentro del estator y montado en el eje del motor. El término "rotor" se deriva de la palabra rotar. El objetivo de estos componentes del motor es hacer que el rotor gire sobre el eje del motor. Esta rotación ocurrirá debido al fenómeno magnético previamente discutido que los polos opuestos se atraen y polos iguales se rechazan. Si cambiamos progresivamente la polaridad de los polos del estator de una manera tal que su campo magnético combinado rote, entonces el rotor seguirá girando con el campo magnético del estator.

Figura 2.8.-Componentes eléctricos básicos de un motor de CA.

En la Figura 2.9 se muestra como van rotando los campos magnéticos del estator. De acuerdo con la figura, el estator tiene seis polos magnéticos y el rotor tiene dos polos. En el tiempo 1, los polos A-1 del estator y el C-2 son polos Norte y los polos opuestos, A-2 y C-1, son los polos sur. El polo S del rotor es atraído por los dos polos N del estator y el polo N del rotor es atraído por los dos polos del sur del estator. En el tiempo 2, la polaridad de los postes del estator se cambia de modo que ahora el C-2 y B-1 son los polos N y C-1 y B-2 son los polos S. Entonces el rotor se ve forzado a rotar 60 grados para alinearse con los polos del estator según lo demostrado en la figura. En el tiempo 3, B-1 y A-2 son los polos N. En el tiempo 4, A-2 y C-1 son los polos N. Mientras que se realiza cada cambio, los polos del rotor son atraídos por los polos opuestos en el estator. Así, como el campo magnético del estator rota, el rotor se ve forzado a rotar con él.

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Una forma para producir un campo magnético que rota en el estator de un motor de C. A. es utilizar una fuente de alimentación trifásica para las bobinas del estator. Se preguntará ¿Qué es la energía trifásica? La respuesta a esa pregunta puede ser entendida mejor si primero examinamos la energía monofásica. La figura 2.7 muestra la energía monofásica. El generador de C. A. asociado produce justamente un flujo de corriente eléctrica cuya dirección e intensidad descienden según lo indicado por la línea continua de la gráfica. Del tiempo 0 al tiempo 3, la corriente fluye en el conductor en dirección positiva. Del tiempo 3 al tiempo 6, la corriente fluye en dirección negativa. En cualquier tiempo, la corriente fluye solamente en una dirección. Pero algunos generadores producen flujos en tres fases separadas en el mismo circuito. A esto se refiere la energía trifásica. En ningún instante, sin embargo, la dirección y la intensidad de cada flujo actual separado no es igual al de las otras fases (véase Figura 2.10). Las tres fases separadas (flujos actuales) se etiquetan A, B y C. En el tiempo 1, suponga que la fase A está en los Amperes cero, la fase B está cerca de su amperaje máximo y fluye en dirección positiva, y la fase C está cerca a su amperaje máximo pero fluye en dirección negativa. En el tiempo 2, el amperaje de la fase A está aumentando y el flujo es positivo, el amperaje de la fase B está disminuyendo y su flujo sigue siendo negativo, y la fase C ha caído a los amperes cero. Un ciclo completo (a partir de cero al máximo en una dirección, de cero al máximo en la otra dirección, y de nuevo a cero) toma una revolución completa del generador. Por lo tanto, un ciclo completo, se dice que tiene 360 grados eléctricos. En la figura 2.10, vemos que cada fase está desplazada 120 grados a partir de las otras dos fases. Por lo tanto, decimos que son 120 grados fuera de fase.

Figura 2.10.- Patrón de fases separadas de la energía trifásica

misma dirección. Como usted recordará, en la Figura 2.4, la polaridad de los polos del electroimán es determinada por la dirección de la corriente que circula por la bobina. Por consiguiente, si dos electroimanes opuestos del estator se bobinan en la misma dirección, la polaridad de los polos opuestos debe de estar enfrente. Por lo tanto, cuando el polo A1 es N, el polo A2 es S. Cuando el polo B1 es N, B2 es S y así sucesivamente.

Figura 2.11.-Método para conectar energía trifásica con un estator de seis polos.

La Figura 2.12 muestra cómo se produce el campo magnético que rota. En el tiempo 1, el flujo actual en los polos de la fase "A" es positivo y el polo A-1 es N. El flujo actual en los polos de la fase "C" es negativo, haciendo C-2 un polo N y C-1 el polo S. No hay flujo actual en la fase "B", así que estos polos no se magnetizan. En el tiempo 2, las fases han cambiado de puesto 60 grados, haciendo los postes C-2 y B-1 N y C-1 y B-2 ambos polos S. Así, el flujo magnético produce el cambio de polaridad en las bobinas provocando que los polos resultantes N y S se muevan a la derecha alrededor del estator, lo que resulta en una rotación del campo magnético. Por lo tanto, el rotor actúa como un imán de barra arrastrado por el campo magnético que rota.

UNIDAD2. GENERALIDADESDELMOTORDECORRIENTEALTERNA

Hasta este punto poco se ha dicho acerca del rotor. En los ejemplos anteriores, se ha asumido que los polos del rotor son bobinas como los polos del estator provistos con C. D. para crear polos fijos en polaridad. Así es exactamente cómo funciona un motor de C. A. síncrono. Sin embargo, la mayoría de los motores de C. A. que son utilizados actualmente no son motores síncronos. En lugar de eso, los motores de inducción son los que prevalecen en la industria. ¿Cuál es la diferencia del motor de inducción? La gran diferencia es la manera en la que se provee la corriente al rotor. Ésta no es ninguna fuente de alimentación externa, en lugar de eso, se utiliza la técnica de inducción, la cual es un fenómeno natural que ocurre cuando un conductor (las barras de aluminio en el caso de un rotor, véase el Figura 2.13) se mueve a través de un campo magnético existente o cuando un campo magnético se pasa a un conductor. En cualquier caso, el movimiento relativo provoca que la corriente eléctrica circule por el conductor. Esto se refiere al flujo actual "inducido". En otras palabras, en un motor de inducción el flujo actual del rotor no es causado por cualquier conexión directa de los conductores a una fuente de voltaje, sino por la influencia de los conductores del rotor que provocan el corte de las líneas del flujo producidas por los campos magnéticos del estator. La corriente inducida que se produce en el rotor da lugar a un campo magnético alrededor de los conductores del rotor según lo mostrado en la Figura 2.14. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hará que cada conductor actúe como un imán permanente (véase Figura 2.9). Como el campo magnético del estator alterna debido al efecto de suministro de C. A. trifásica, el campo magnético inducido del rotor será atraído y seguirá la rotación. El rotor está conectado con el eje del motor, así que el eje rotará y conducirá la carga de la conexión. Así es como funciona un motor.

Figura 2.13.- Construcción de un rotor del motor de inducción de la CA.