FortiGate HA原理及配置
FortiGate HA原理及配置
版本 1.0
时间2011年12月
作者胡丹丹(ddhu@https://www.360docs.net/doc/d215156628.html,)
支持的版本FortiOS v3.x,v4.x
状态草稿
目录
1.目的 (4)
2.环境介绍 (4)
3.HA的工作模式 (5)
3.1主动-主动模式 (5)
3.2主动-被动模式 (6)
4.主设备的选举 (6)
4.1常规模式下的主设备选举 (6)
4.2抢占模式下的主设备选举 (9)
5.HA的虚拟MAC地址 (9)
5.1虚拟mac地址的组成及排序 (9)
5.2如何避免虚拟mac地址冲突 (10)
6.HA的配置 (12)
6.1HA配置之前的准备 (12)
6.2HA配置 (13)
7.故障恢复 (14)
7.1设备故障恢复 (15)
7.2端口故障恢复 (15)
7.3会话交接 (16)
8.HA状态 (17)
9.HA下的软件更新 (18)
10.Full Mesh结构HA (19)
11.参考 (20)
1.目的
HA(High Availability)指的是通过尽量缩短或完全避免因日常维护操作(计划)和突发的系统崩溃(非计划)所导致的停机,以提高系统和应用的可用性。
HA 也提供负载均衡在HA成员中分配会话及流量实现平衡系统负载以及设备性能的最大化。
FortiGate支持3种方式的HA:
FortiGate Cluster Protocol (FGCP):FortiGate 专有集群协议;
Virtual Router Redundancy Protocol(VRRP):虚拟路由器冗余协议;
TCP Session synchronization:TCP的会话同步。
当系统出现各种状况时,设备将如何运作？流量及会话由哪台设备处理？什么类型的会话将失效？完全了解HA原理,才能在计划或非计划故障中保证系统在预期状态下运行。本文就FortiGate 常见的FGCP模式HA进行说明。2.环境介绍
本文使用2台FortiGate 310B进行说明,本文使用的系统版本为FortiOS v4.0MR2 Patch8。
3.HA的工作模式
3.1主动-主动模式
主动-主动模式,以下称为主主模式(AA),HA成员都处于工作状态下,任意设备故障后,其他设备仍然正常工作。
AA模式下在HA状态中查看到HA的角色，有主设备及从设备,通常会被认为工作在主被模式下,实际上主主下设备虽然都在工作,仍会有一台作为集群的主设备用来控制和分配流量和会话给集群中的其他设备。
AA模式默认情况下仅负载均衡UTM的流量,所以在下不使用UTM功能时建议使用AP模式。
3.2主动-被动模式
主被模式(AP),HA主设备处于工作状态下,从设备处于备份状态,主设备故障后,从设备切换至主设备继续工作。
4.主设备的选举
4.1常规模式下的主设备选举
HA组建开始时,HA成员将基于以下条件自动协商选举主设备,当主设备选举完成后,其他设备成为从设备。
选举顺序从步骤1至步骤4:
1.监控端口:有效监控端口数相等,考虑下一条件;
2.运行时间:运行时间相等,考虑下一条件,运行时间差在5分钟以内不考虑在内;
3.设备优先级:设备优先级相同,考虑下一条件;
4.设备序列号:如果以上条件都相同,则设备序列号最大的将被选举为主设备。
HA 运行时间(Age time):当设备启动或从监控端口检测到链路失效或端口失效,Age time被重置。如果监控端口检测到链路失效,那么该设备的age time 重置,将会比其他设备的age time较小,也就不能在新的设备选举过程中胜出。
在所有的HA环境中,HA成员可能无法同时启动,FGCP会忽略5分钟之内的时间差,以保证此时间差不影响主设备的选举。
查看HA运行时间差
ha-b-118 # di sys ha dump 1
HA information.
vcluster id=1, nventry=2, state=work, digest=2.ec.cf.4e.a0.5a...
ventry
idx=0,id=1,FG300B3909600118,prio=130,-100,claimed=0,override=0,flag=1,ti me=0,mon=0 mondev=port7,50port5,50port2,50port1,50
ventry
idx=1,id=1,FG300B3908600981,prio=120,-100,claimed=0,override=0,flag=0,ti me=252,mon=0
ha-b # exe ha manage 1
ha-a-981 $ di sys ha dump 1
HA information.
vcluster id=1, nventry=2, state=work, digest=2.ec.cf.4e.a0.5a...
ventry
idx=1,id=1,FG300B3908600981,prio=120,-100,claimed=0,override=0,flag=1,ti me=0,mon=0
mondev=port7,50port5,50port2,50port1,50
ventry
idx=0,id=1,FG300B3909600118,prio=130,-100,claimed=1,override=0,flag=0,ti me=-252,mon=0
其中time即为HA的时间差,此处为ha-a-981晚于设备ha-b-118启动时间25.2秒,即HA的时间差。
HA的时间差作为主设备选举的第二条件,对于HA的主从关系是非常重要的因素,甚至优先于设备的优先级,以下为关于时间差的具体描述示例:
1.设备启动时: A和B启动,此时由于两者运行时间差小于5分钟,HA选举A作为主设备,因为A的优先级高于B;
2.时间点1分钟T1: A设备监控接口失效,B被选举成为主设备,在A监控接口恢复后,A重新作为主设备加入HA,因为A的优先级高于B,且HA时间差仍小于5分钟;
3.时间点10分钟T2: A设备监控接口失效,B被选举成为主设备,在A监控接口恢复后,A重新作为从设备加入HA,因为A的优先级虽然高于B, HA时间差大于5分钟;
diag sys ha reset-uptime 可以重置HA运行时间,以期系统通过预期的优先级设定重新将高优先级选举为主设备。
4.2抢占模式下的主设备选举
如果希望某台设备一直作为主设备工作,除了给该设备设置较高的优先级以外,也可以启用HA Override(抢占),这样,即便设备失效,再恢复之后,将无视HA的运行时间因素,仍能当选为主设备。
Override开启情况下,如果主设备重启,从设备会成为主设备,原主设备重启恢复后,将重新通过选举,仍工作在主设备模式下。HA override开启时,如果在从设备选举为主设备这段时间内更改配置,那么在原主设备恢复后,这段时间的配置将被原配置同步,导致丢失。
5.HA的虚拟MAC地址
5.1虚拟mac地址的组成及排序
HA组建时,FGCP会指定给主设备各个接口虚拟MAC地址,当主设备失效切换时,从设备将获得同样的虚拟MAC地址。虚拟MAC使用以下格式: 00-09-0f-09-
通过命令查看虚拟MAC地址
ha-b-118 # get hardware nic port5
…
MAC: 00:09:0f:09:00:05 #虚拟MAC地址
Permanent_HWaddr: 00:09:0f:89:29:29 #真实MAC地址
group-id: 0-63,默认为0
Vcluster_integer: 0,2 vcluster 1为0,vcluster 2为2;如果未启用vdom,系统将给root域使用vcluster1,即vcluster_interger为0。
Idx:端口号,以以下顺序排列
?port1 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-00
?port10 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-01
?port2 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-02
?port3 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-03
?port4 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-04
?port5 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-05
?port6 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-06
?port7 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-07
?port8 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-08
?port9 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-09
?port11 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-0a
?port12 virtual MAC: 00-09-0f-09-00-0b
5.2如何避免虚拟mac地址冲突
当一个广播域内存在两个或多个HA集群时,需要使用HA的group-id来标识各个HA,否则如果使用相同的HA group-id,FGCP将分配给不同HA主设备相同的虚拟MAC地址,导致MAC地址冲突。
如果两个Cluster的虚拟mac地址都被分配为0009.0f09.0001,交换机将出现2个相同的MAC地址分别连在不同的接口上。
1 0009.0f09.0001 DYNAMIC Gi1/0/1
1 0009.0f09.0001 DYNAMIC Gi1/0/4
出现这种情况后,分别ping两个cluster的port1地址将会出现下面的情况Cluster_1 Cluster_2
reply timeout
reply timeout
reply timeout
timeout reply
timeout reply
reply timeout
reply timeout
timeout reply
timeout reply
通过命令行修改HA group-id
config sys ha
set group-id 12
end
6.HA的配置
6.1HA配置之前的准备
HA配置之前需要确保以下情况:
1.硬件型号,软件版本必须一致;
系统软件版本查看,下线标注为版本号,确保软件的版本,软件版本时间一致。GateA # get sys status
Version: Fortigate-310B v4.0,build0328,110718 (MR2 Patch 8)
Virus-DB: 11.00782(2010-05-07 00:42)
Extended DB: 1.00001(2010-05-21 13:37)
IPS-DB: 3.00032(2011-07-14 13:11)
FortiClient application signature package: 1.439(2011-11-15 16:59)
Serial-Number: FG300B3909600118
BIOS version: 04000011
Log hard disk: Available
Hostname: GateA
Operation Mode: NAT
Current virtual domain: root
Max number of virtual domains: 10
Virtual domains status: 1 in NAT mode, 0 in TP mode
Virtual domain configuration: disable
FIPS-CC mode: disable
Current HA mode: a-p, master
Distribution: International
Branch point: 328
Release Version Information: MR2 Patch 8
System time: Tue Nov 15 17:10:50 2011
2.如果设备包含硬盘,则集群中所有设备硬盘必须在大小,格式及分区保证一致;
通过get sys status 查看硬盘的具体状态:
GateA # get sys status
Version: Fortigate-310B v4.0,build0328,110718 (MR2 Patch 8)
Virus-DB: 14.00000(2011-08-24 17:17)
Extended DB: 14.00000(2011-08-24 17:09)
IPS-DB: 3.00032(2011-07-14 13:11)
FortiClient application signature package: 1.444(2011-12-02 00:36)
Serial-Number: FG300B3908600981
BIOS version: 04000011
Log hard disk: Not available
Hostname: FG300B3908600981
Operation Mode: NAT
Current virtual domain: root
Max number of virtual domains: 10
Virtual domains status: 1 in NAT mode, 0 in TP mode
Virtual domain configuration: disable
FIPS-CC mode: disable
Current HA mode: standalone
Distribution: International
Branch point: 328
Release Version Information: MR2 Patch 8
System time: Sun Dec 4 21:51:10 2011
Not available 表示磁盘不存在或系统未能识别该磁盘。
Need format 表示磁盘需要格式化,可以使用execute formatlogdisk用于格式化硬盘。
如果分区不一致可以通过以下命令来修正
execute scsi-dev delete
execute formatlogdisk
3.HA 不支持作为PPP或者DHCP客户端,所以当接口启动PPPOE或者DHCP 时,将无法启用HA模式。但是HA可以作为DHCP服务器分配IP地址
6.2HA配置
进入系统管理-配置-高可靠性
1.选择模式;
2.设定设备优先级;
3.选择管理接口,方便管理从设备使用;
4.集群设置,及是否启用会话交接;
5.选择端口监控,以及心跳线接口,及心跳线接口的优先级,可以使用一个或多个物理接口用于心跳接口(hbdev),若同时存在多个心跳接口,以优先级最高的作为同步接口,其他作为备份心跳接口。2台进行HA时,将心跳线将设备直接连接即可,集群中的多台设备可以划分VLAN连接至交换机用于会话同步及心跳。
4.3版本新特性允许用户指定一个或多个接口用于会话同步和session pickup(多个接口将负载均衡会话同步)。会话同步包使用Ethertype 0x8892,指定会话同步口失效情况下,会话同步仍会交由心跳口处理
config system ha
set session-sync-dev port10 port12
end
HA集群的其他设备也可以据此进行相应设置。
7.故障恢复
HA Failover故障恢复是一种备份机制用于降低系统风险及减小不可预期的
宕机时间,尤其在关键业务的生产环境中,HA Failover至关重要。
FGCP 提供以下三种故障恢复机制:
1.设备故障恢复
2.端口故障恢复
3.会话交接
7.1设备故障恢复
一旦主设备遭遇故障,集群中的其他设备将协商选举新的主设备,拥有同样的IP和MAC地址,并在所有接口发送免费ARP。
默认心跳丢失阀值为6个,每次心跳间隔200 ms;
config system ha
set hb-interval 2 #心跳hello包间隔,200ms
set hb-lost-threshold 6 #心跳丢失阀值,6个
end
建议在配置心跳线时,使用2个心跳接口冗余使用。
7.2端口故障恢复
设备遭遇端口故障或失去连接,集群将重新选举,但由于原主设备仍在工作,故也将参加选举,由于有效监控端口减少且HA运行时间被重置,将在选举中失败,以从设备身份加入集群。
7.3会话交接
Session Failover会话故障恢复,在正常HA状态下,如果开启Session pick-up(即会话交接),从设备报告自己的状态并接收存储会话连接与状态表更新。
一旦HA出现故障,集群中的从设备被选举为主设备,根据自己同步的会话连接与状态表,继续处理流量与会话。
命令行下开启会话交接
config system ha
set session-pickup enable
end
会话交接支持和不支持的类型
会话交接支持TCP 和IPsec VPN会话;
不支持multicast,ICMP,SSL VPN会话;
不支持UDP会话;
不支持被特定UTM处理的会话,如AV,Web过滤,反垃圾邮件过滤,内容归档; 支持被IPS处理的会话
8.HA状态
HA的状态可以通过web界面及命令行2种方式查看。
ha-b-118 # get sys ha status
Model: 300 #HA设备型号 Mode: a-a #HA工作模式 Group: 14 #HA 组id
Debug: 0
ses_pickup: enable #是否启用会话交接
load_balance: enable #负载均衡启用
schedule: round robin #负载均衡方式
Master:130 ha-b-118 FG300B3909600118 0 #当前主设备 Slave :120 ha-a-981 FG300B3908600981 1 #当前从设备 number of vcluster: 1 #虚拟集群数 vcluster 1: work 169.254.0.1
Master:0 FG300B3909600118
Slave :1 FG300B3908600981
9.HA下的软件更新
升级HA的系统同单机模式的操作方法一致,但是中间的过程却是不一样,此过程对用户及网络都是透明的,期间网络通讯并不会中断。具体步骤如下
1.通过Web界面上传新的Firmware软件版本;
2.如果系统工作在AA模式下,升级时系统将关闭负载均衡;
3.系统首先升级所有的从设备;
4.一旦从设备升级完毕,将选举新的主设备,主设备将运行新的Firmware版本;
5.系统最后升级原主设备。
6.如果系统工作在AA模式下,升级后将开启负载均衡。
10.Full Mesh结构HA
HA Full mesh 是为了解决交换机出现单点或者与交换机相连的链路出现的故障提出的解决方案
Full mesh需要冗余接口或聚会链路支持,故只有中高档以上型号支持该特性,在每台FortiGate上使用redundant接口,分别将主接口及冗余接口分别接至2台交换机。那么任意交换机或者任意线路失效,备用交换机及备用链路将生效,冗余接口的设置方法请参考FortiGate冗余接口
11.参考
High Availability (HA)
Technical Note : Restoring HA master role after a failover using "diag ha reset uptime"
Technical Note: FortiGate HA A-A TCP Packet Flow when a Protection Profile is enabled
HA Cluster virtual MAC addresses
Configuration changes lost when HA override enabled
FortiGate HA synchronization
Updating MAC forwarding tables when an HA link failover occurs
STP生成树协议原理及配置--从入门到精通
STP生成树协议原理及配置—从入门到精通 生成树协议（Spanning-Tree Protocol，以下简称STP）是一个用于在局域网中消除环路的协议。运行该协议的交换机通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。由于局域网规模的不断增长，STP已经成为了当前最重要的局域网协议之一。 STP的算法 STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤： 选择根网桥（Root Bridge） 选择根端口（Root Ports） 选择指定端口（Designated Ports） 选择根网桥的依据 网桥ID（BID） 网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥 STP选择根网桥举例 根据网桥ID选择根网桥 选择根端口的依据 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口 选择根端口的依据是： 根路径成本最低 直连（上游）的网桥ID最小 端口（上游）ID最小 根路径成本 根路径成本（开销）－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和，默认10M/100M自适应的路径开销为200000 STP选择根端口举例 在非根桥上，选择一个根端口（RP） 选择指定端口的依据 在每个网段上，选择1个指定端口 根桥上的端口全是指定端口 非根桥上的指定端口： 根路径成本最低
端口所在的网桥的ID值较小 端口ID值较小 STP选择指定端口举例 在每个网段选择1个指定端口（DP） STP计算结果 经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴 STP举例 经过STP计算后的逻辑拓朴 BPDU（桥协议数据单元） 交换机之间使用BPDU来交换STP信息 BPDU Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元 使用组播发送BPDU，组播地址为： 01-80-c2-00-00-00 BPDU分为2种类型： 配置BPDU －用于生成树计算 拓朴变更通告（TCN）BPDU －用于通告网络拓朴的变化 BPDU包含的关键字段 STP使用BPDU选择根网桥2-1 交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID 字段填写自己的网桥ID STP使用BPDU选择根网桥2-2 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中 STP使用BPDU计算根路径成本2-1 根网桥发送根路径成本为0的BPDU STP使用BPDU计算根路径成本2-2 其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发 生成树端口的状态 生成树计时器 STP状态机 在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；
实验四：路由器基本配置
实验四：路由器基本配置 一、实验目的 学习命令行方式配置路由器的基本方法，理解路由器工作原理 二、实验内容 1.路由器配置方式 2.路由器基本配置命令 三、相关知识 路由器常用模式有： ①用户模式：提示符 >，登录路由器时进入该模式，在这个模式下只能查看部分交换机的信息，但不能修改信息。 ②特权模式：提示符 #，该模式是进入各种配置状态的入口，在这个模式下也只能查看路由器的信息，但不能修改。这个模式通常设置密码保护。 ③全局配置模式：提示符 (config)#，可以配置路由器的一些全局性信息，如名字、密码等。 ④接口配置模式：提示符 (config-if)#，可以配置路由器的接口信息。 ⑤路由配置模式：提示符 (config-router)#，可以在路由器上配置路由协议。 ⑥线路配置模式：提示符 (config-line)# ，可以配置路由器连接线路的参数。
conf t 命令是 configure terminal 命令的简写。 interface 命令中需要指明要配置的接口，如：interface e0 表示配置以太网接口e0，interface s0 表示配置串行口s0。 line 命令中需指明要配置的登录线路，如：line console 0 表示配置控制台端口0，line vty 0 4 表示配置远程登录端口0~4。 router 命令中需指明配置的协议类型，如：router rip 表示配置RIP协议。 exit 命令用于退回到上一层模式。Ctrl+Z或end用于从深层模式直接退回特权模式。 logout 命令用于注销，结束会话。 四、实验内容 1、配置路由器名字 路由器的名字用于识别各路由器，默认名为Router。假如把路由器的名字改为R1，可用以下命令： Router(config)#hostname R1 R1(config)# 配置后，路由器的名字会出现在命令提示符前面。 2、设置控制台口令
现代控制理论实验报告
实验报告 ( 2016-2017年度第二学期) 名称：《现代控制理论基础》 题目：状态空间模型分析 院系：控制科学与工程学院 班级： ___ 学号： __ 学生姓名： ______ 指导教师： _______ 成绩： 日期： 2017年 4月 15日
线控实验报告 一、实验目的： l.加强对现代控制理论相关知识的理解； 2.掌握用 matlab 进行系统李雅普诺夫稳定性分析、能控能观性分析； 二、实验内容 1 第一题：已知某系统的传递函数为G (s) S23S2 求解下列问题： （1）用 matlab 表示系统传递函数 num=[1]; den=[1 3 2]; sys=tf(num,den); sys1=zpk([],[-1 -2],1); 结果： sys = 1 ------------- s^2 + 3 s + 2 sys1 = 1 ----------- (s+1) (s+2) （2）求该系统状态空间表达式： [A1,B1,C1,D1]=tf2ss(num,den); A = -3-2 10 B = 1 C = 0 1
第二题：已知某系统的状态空间表达式为： 321 A ,B,C 01：10 求解下列问题： （1）求该系统的传递函数矩阵： （2）该系统的能观性和能空性： （3）求该系统的对角标准型： （4）求该系统能控标准型： （5）求该系统能观标准型： （6）求该系统的单位阶跃状态响应以及零输入响应：解题过程： 程序： A=[-3 -2;1 0];B=[1 0]';C=[0 1];D=0; [num,den]=ss2tf(A,B,C,D); co=ctrb(A,B); t1=rank(co); ob=obsv(A,C); t2=rank(ob); [At,Bt,Ct,Dt,T]=canon(A,B,C,D, 'modal' ); [Ac,Bc,Cc,Dc,Tc]=canon(A,B,C,D, 'companion' ); Ao=Ac'; Bo=Cc'; Co=Bc'; 结果： （1） num = 0 01 den = 1 32 （2）能控判别矩阵为： co = 1-3 0 1 能控判别矩阵的秩为： t1 = 2 故系统能控。 （3）能观判别矩阵为： ob = 0 1
理解快速生成树协议(RSTP)
快速生成树协议（802.1w） 注：本文译自思科的白皮书Understanding Rapid Spanning Tree Protocol（802.1w）. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍 Catalyst 交换机对RSTP的支持 新的端口状态和端口角色 端口状态（Port State） 端口角色（Port Roles） 新的BPDU格式 新的BPDU处理机制 BPDU在每个Hello-time发送 信息的快速老化 接收次优BPDU 快速转变为Forwarding状态 边缘端口 链路类型 802.1D的收敛 802.1w的收敛 Proposal/Agreement 过程 UplinkFast 新的拓扑改变机制 拓扑改变的探测 拓扑改变的传播 与802.1D兼容 结论 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 介绍 在802.1d 生成树（STP）标准设计时，认为网络失效后能够在1分钟左右恢复，这样的性能是足够的。随着三层交换引入局域网环境，桥接开始与路由解决方案竞争，后者的开放最短路由协议（OSPF）和增强的内部网关路由协议（EIGRP）能在更短的时间提供备选的路径。 思科引入了Uplink Fast、Backbone Fast和Port Fast等功能来增强原始的802.1D标准以缩短桥接网络的收敛时间，但这些机制的不足之处在于它们是私有的，并且需要额外的配置。快速生成树协议（RSTP；IEEE802.1w）可以看作是802.1D标准的发展而不是革命。802.1D 的术语基本上保持相同，大部分参数也没有改变，这样熟悉802.1D的用户就能够快速的配置新协议。在大多数情况下，不经任何配置RSTP的性能优于思科的私有扩展。802.1w能够基于端口退回802.1D以便与早期的桥设备互通，但这会失去它所引入的好处。
实验四、路由器基本配置
实验四路由器基本配置 一、实验目的 1.熟悉路由器开机界面； 2.掌握H3C路由器几种常用配置方法； 3.掌握H3C路由器基本配置命令。 二、实验环境 H3C路由器、标准Console配置线、双绞线、PC。 三、实验内容 1．预备知识 （1）MSR2600-30路由器规格说明 1:电源适配器插座2:电源开关3:千兆以太网接口GE 4:千兆以太网接口GE15:串行配置口CON/AUX6:USB配置口CON 7:USB接口 图A-2MSR26-30后视图
1:SIC接口模块32:SIC接口模块2 3:SIC接口模块14:接地端子 （2）H3C26-30结构 硬件组成： CPU(处理器） RAM(存储正在运行的配置文件、报文缓存) FLASH（负责保存OS的映像和路由器的微码） NVRAM（非易失，相当于硬盘，保存配置件） ROM（加载OS） 接口（完成路由器与其它设备的数据交换）
软件结构： BOOT ROM：主要功能是路由器加电后完成有关初始化工作，并向内存中加入操作系统代码。 COMWARE：华为路由器上运行的软件平台。 2.通过console口配置路由器 （1）搭建环境（类似配置交换机） （2）运行超级终端并设置通讯参数； （3）与路由器连接（按Enter键，将进入路由器视图）
3．路由器的各种视图 视图分类：用户视图、系统视图、路由协议视图、接口视图、用户界面视图。 路由器常用命令视图功能特性列表 视图名称功能提示符进入命令退出命令 系统视图配置系统参数[H3C]用户登录后即进入logout断开与路由器连接 RIP视图配置RIP协议参数[H3C-rip]在系统视图下键入rip quit返回系统视图 同步串口视图配置同步串口参数[H3C-Serial0] 在任意视图下键入 interface serial0 quit返回系统视图 异步串口视图配置异步串口参数[H3C-Async0] 在任意视图下键入 interface async0 quit返回系统视图 AUX接口 视图配置AUX接口参数[H3C-Aux0] 在任意视图下键入 interface aux0 quit返回系统视图 以太网接口 视图配置以太网口参数[H3C-Ethernet0] 在任意视图下键入 interface ethernet0 quit返回系统视图 ACL视图配置访问控制列表规则[H3C-acl-1]在系统视图下键入 acl1 quit返回系统视图 说明： (1)命令行提示符以网络设备名（缺省为H3C）加上各种命令视图名来表示，如“[H3C-rip]”。 (2)各命令根据视图划分，一般情况下，在某一视图下只能执行该视图限定的命令；但对于一些常用的命令，在所有视图下均可执行，这些命令包括：ping、display、debugging、reset、save、interface、logic-channel、controller。 (3)上表中有些视图需要首先启动相应功能，才能进入；有些视图需要首先配置相关限制条件，才能进入。 (4)在所有视图中，使用quit命令返回上一级视图，使用return命令直接返回系统视图。 4．系统的基本配置与管理 （1）路由器的名称配置（在系统视图下） 操作命令 配置路由器的名称sysname sysname
华为stp生成树协议笔记
STP 为什么会有stp 为了保证可靠，设计了一种环网拓扑，又因为交换机的工作原理，会出现环路问题，为了解决环路，才有了stp生成树 1 mac地址表震荡 2 广播风暴 作用：在保证可靠的基础上，解决环路问题 原理：阻塞端口（预备端口）通过选举阻塞端口，来防止环路 1 根桥（根交换机）： 1 比较每台交换机上的网桥id （优先级+mac地址）越小越优先 默认优先级 32768 修改优先级修改的时候要改成4096的倍数 交换机上有默认的stp版本为mstp （多实例生成树）stp （生成树）rstp (快速生成树) [系统]stp mode stp 修改stp的模式 Stp priority 4096 修改优先级 2 根端口：非根交换机到达根交换机的最优端口 比较规则 1 路径开销值 2 对端网桥id 3 对端对口id 4 本端端口id （hub） 3 指定端口：每条链路上到达根交换机最优端口根交换机上所有端口都是指定端口 比较规则 1 路径开销 2 本端网桥id
3 本端端口id （端口优先级和端口编号）端口优先级默认是128 4 剩下的端口就叫做阻塞端口 Stp中的报文交互 BPDU 桥协议数据单元 两种bpdu 1 配置bpdu 作用：用于角色（端口）选举 维护网络拓扑 2秒1次最多20秒20 秒没有根的回应，则认为根down掉 2 tcn bpdu 拓扑变化bpdu 作用：当拓扑发生变化时，会发tcn bpdu Bpdu 字段 1 bpdu flsges标识字段 Tca 位拓扑变化确认位 Tc 位拓扑变化位 发生变化时置1 2 root identifier 根网桥id 3 root path cost 到达根的开销值 4 bridge id 本交换机的网桥id 5 port id 端口id 0x8001 前面的80 代表优先级128 ， 01代表端口号 6 message age 消息寿命每经过一台交换机message age +1 7 max age 最大寿命 20 秒 8 hello time 2秒 9 forward delay 转发延迟 15秒 端口的状态变化 1 disable 开启stp时特点：不进行stp计算 2 blocking 阻塞端口直接进入blocking 状态 3 listening 非阻塞端口才进入侦听状态特点：加速mac地址表老化 中间有15秒的间隔时间，目的是为了加速mac地址表老化，mac地址表老化时间300秒 4 learning 学习状态 中间有相隔15秒的时间，加速mac地址表的学习 5 forwarding 转发状态
RSTP快速生成树协议的配置课程设计
石河子大学 信息科学与技术学院 <网络技术>课程设计成果报告
2014—2015 学年第一学期
题目名称：
利用快速生成树协议（RSTP） 实现现交换机之间的冗余链路备份
专 班 学
业： 级： 号：
计算机科学与技术 计科 2012（一）班 2012508013 蒋 曹 能 传 凯 东
学生姓名： 指导教师：
完成日期：二○一五
年
一 月 七
日
目
录
一 课题介绍 ......................................................................................................................................................... - 3 1.1 课题名称 ............................................................................................................................................... - 3 1.2 课题简介 ............................................................................................................................................... - 3 1.3 课题拓展 ............................................................................................................................................... - 3 二 RSTP 简介....................................................................................................................................................... - 3 三 实验环境介绍 ................................................................................................................................................. - 5 3.1 实验软硬件环境 ................................................................................................................................... - 5 3.2 实验参数 ............................................................................................................................................... - 5 3.3 实验拓扑图 ........................................................................................................................................... - 8 四 实验内容 ......................................................................................................................................................... - 8 五 实验详细步骤 ................................................................................................................................................. - 9 5.1 绘制实验拓扑 ....................................................................................................................................... - 9 5.2 交换机及 PC 的基本配置 .................................................................................................................... - 9 5.3 Spanning-tree 的配置 .......................................................................................................................... - 13 5.3 链路测试 ............................................................................................................................................. - 14 六 课题总结 ....................................................................................................................................................... - 17 附录 A 参考文献................................................................................................................................................ - 18 -
路由器实验报告1
路由器技术实验报告 ------------安徽工业大学计算机与科学技术学院
《路由器技术》实验指导书 一．实验总学时（课外学时/课内学时）：22 开实验个数： 7 二．适用专业：计算机专业 三．考核方式及办法：在规定实验时间内完成实验要求,依据实验过程、实验结果和实验报告综合考核。四．配套的实验教材或指导书：自编实验指导书 五. 实验项目： 实验一：Packet Tracer软件使用交换机的配置与管理 （内容一）：认识 Packet Tracer软件 Packet Tracher介绍 Packet Tracer 是 Cisco 公司针对CCNA认证开发的一个用来设计、配置和故障排除网络的模拟软件。Packer Tracer 模拟器软件比 Boson 功能强大，比 Dynamips 操作简单，非常适合网络设备初学者使用。学习任务： 1、安装 Packer Tracer； 2、利用一台型号为 2960 的交换机将 2pc机互连组建一个小型局域网； 3、分别设置pc机的ip 地址； 4、验证 pc 机间可以互通。 实验设备： Switch_2960 1 台；PC 2 台；直连线 配置信息： PC1 IP： Submask： Gateway： PC2 IP： Submask：：
（内容二）：交换机的基本配置与管理 1.实验目标： 掌握交换机基本信息的配置管理。 2.实验背景： 某公司新进一批交换机，在投入网络以后要进行初始配置与管理，你作为网络管理员，对交换机进行基本的配置与管理。 3.技术原理： 交换机的管理方式基本分为两种：带内管理和带外管理。 1.通过交换机的 Console 端口管理交换机属于带外管理；这种管理方式不占用交换机的网络端口，第一次配置交换机必须利用 Console端口进行配置。 2.通过Telnet、拨号等方式属于带内管理。 交换机的命令行操作模式主要包括： 用户模式 Switch> 特权模式 Switch# 全局配置模式 Switch(config)# 端口模式 Switch(config-if)# 4.实验步骤： 新建Packet Tracer 拓扑图 了解交换机命令行 进入特权模式(en) 进入全局配置模式(conf t) 进入交换机端口视图模式(int f0/1) 返回到上级模式(exit) 从全局以下模式返回到特权模式(end) 帮助信息(如、co、copy)
路由器端口映射的原理及设置方法介绍
路由器端口映射的原理及设置方法介绍 端口映射其实就是我们常说的NAT地址转换的一种，其功能就是把在公网的地址转翻译成私有地址，采用路由方式的ADSL宽带路由器拥有一个动态或固定的公网IP，ADSL直接接在HUB 或交换机上，所有的电脑共享上网。这时ADSL的外部地址只有一个，比如61.177.0.7。而内部的IP是私有地址，比如ADSL设为192.168.0.1,下面的电脑就依次设为192.168.0.2到192.168.0.254。 在宽带路由器上如何实现NAT功能呢？一般路由器可以采用虚拟服务器的设置和开放主机(DMZ Host)。虚拟服务器一般可以由用户自己按需定义提供服务的不同端口，而开放主机是针对IP 地址，取消防火墙功能，将局域网的单一IP地址直接映射到外部IP之上，而不必管端口是多少，这种方式只支持一台内部电脑。 最常用的端口映射是在网络中的服务器使用的是内部私有IP地址，但是很多网友希望能将这类服务器IP地址通过使用端口映射能够在公网上看到这些服务器，这里，我们就需要搞清楚所用服务的端口号，比如，HTTP服务是80，FTP服务则是20和21两个端口，而安仕达连锁店软件需要使用到是3个端口，默认是8088、9000、9001，通过MstarDB服务来设置，见下图。 这里我们以最常用的80端口为例，设置一个虚拟HTTP服务器，假设路由器IP地址为192.168.2.1。
第一步，在浏览器中输http://192.168.2.1，进行网络配置。 第二步，进入虚拟服务器页面设置NAT端口映射，依次填入3个端口，端口类型为TCP或者ALL，主机IP地址填写内部DB服务器所在的IP，然后保存并重新启动路由器，设置就完成了。 以后外网安仕达软件访问路由器的IP，就可以直接连接到我们定义的内部服务器上，实现了路由器内的端口映射，有2个理由需要使用这个技术（英文简称是NAT），（1）服务器直接上网容易被黑客和病毒攻击；（2）许多情况，企业需要通过路由器来支持更多的电脑一起使用因特网。 注意：NAT技术是要求服务器IP是固定的，因为NAT里面只绑定了IP，所以要求实施人员要保证服务器的IP固定，要实现这个目标有以下几个方案： （1）关闭路由器的DHCP服务，手动设置服务器的IP （2）打开路由器的DHCP服务，通过网卡绑定的方式来将服务器地址设置为静态地址（见下图）
倒立摆状态空间极点配置控制实验实验报告
《现代控制理论》实验报告 状态空间极点配置控制实验 一、实验原理 经典控制理论的研究对象主要是单输入单输出的系统，控制器设计时一般需要有关被控对象的较精确模型，现代控制理论主要是依据现代数学工具，将经典控制理论的概念扩展到多输入多输出系统。极点配置法通过设计状态反馈控制器将多变量系统的闭环系统极点配置在期望的位置上，从而使系统满足瞬态和稳态性能指标。 １．状态空间分析 对于控制系统X = AX + Bu 选择控制信号为：u = ?KX 式中：X 为状态向量（ n 维）u 控制向量（纯量） A n × n维常数矩阵 B n ×1维常数矩阵 求解上式，得到 x(t) = (A ? BK)x(t) 方程的解为： x(t) = e( A?BK )t x(0) 状态反馈闭环控制原理图如下所示： 从图中可以看出，如果系统状态完全可控，K 选择适当，对于任意的初始状态，当t趋于无穷时，都可以使x(t)趋于0。 ２．极点配置的设计步骤 1) 检验系统的可控性条件。 2) 从矩阵 A 的特征多项式 来确定 a1, a2,……,an的值。 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 其中 M 为可控性矩阵， 4) 利用所期望的特征值，写出期望的多项式 5) 需要的状态反馈增益矩阵 K 由以下方程确定： 二、实验内容 针对直线型一级倒立摆系统应用极点配置法设计控制器，进行极点配置并用Matlab进行仿真实验。 三、实验步骤及结果 1.根据直线一级倒立摆的状态空间模型，以小车加速度作为输 入的系统状态方程为： 可以取1 l 。则得到系统的状态方程为： 于是有：
直线一级倒立摆的极点配置转化为： 对于如上所述的系统，设计控制器，要求系统具有较短的调整时间（约 3 秒）和合适的阻尼（阻尼比? = 0.5）。 2.采用四种不同的方法计算反馈矩阵 K。 方法一：按极点配置步骤进行计算。 1) 检验系统可控性，由系统可控性分析可以得到，系统的状态完全可控性矩阵的秩等于系统的状态维数(4)，系统的输出完全可控性矩阵的秩等于系统输出向量y 的维数(2)，所以系统可控。 倒立摆极点配置原理图 2) 计算特征值 根据要求，并留有一定的裕量（设调整时间为 2 秒），我们选取期望的闭环极点s =μi (i = 1,2,3,4) ，其中： 其中，μ 3,μ 4 使一对具有的主导闭环极点，μ 1 ,μ 2 位于 主导闭环极点的左边，因此其影响较小，因此期望的特征方程为： 因此可以得到： 由系统的特征方程： 因此有 系统的反馈增益矩阵为： 3) 确定使状态方程变为可控标准型的变换矩阵 T：T = MW 式中： M = 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 0 0.7500 0 5.5125 0.7500 0 5.5125 0 W = 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 1.0000 0 0 1.0000 0 0 0 于是可以得到： T = -7.3500 -0.0000 1.0000 0 0 -7.3500 -0.0000 1.0000 0 -0.0000 0.7500 0 -0.0000 0 -0.0000 0.7500 T’= -7.3500 0 0 -0.0000 -0.0000 -7.3500 -0.0000 0 1.0000 -0.0000 0.7500 -0.0000 0 1.0000 0 0.7500
STP 生成树协议配置
实验八生成树配置 实验1 【实验名称】 生成树协议STP 【实验目的】 理解生成树协议STP的配置及原理。 【背景描述】 某学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互连组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，网络管理员用2条链路将交换机互连，现要在交换机上做适当配置，使网络避免环路。 本实验以2台S2126G交换机为例，2台交换机分别命名为SwitchA, SwitchB。PC1与PC2在同一个网段，假设IP地址分别为192.168.0.137，192.168.0.136，网络掩码为255.255.255.0 。 【实现功能】 使网络在有冗余链路的情况下避免环路的产生，避免广播风暴等。 【实验拓扑】 F0/3F0/3 【实验设备】 S2126G（2台） 【实验步骤】
第一步：在每台交换机上开启生成树协议．例如对SwitchA做如下配置： SwitchA#configure terminal ！进入全局配置模式 SwitchA(config)#spanning-tree ！开启生成树协议 SwitchA(config)#end 验证测试：验证生成树协议已经开启 SwitchA#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 StpVersion : MSTP SysStpStatus : Enabled BaseNumPorts : 24 MaxAge : 20 HelloTime : 2 ForwardDelay : 15 BridgeMaxAge : 20 BridgeHelloTime : 2 BridgeForwardDelay : 15 MaxHops : 20 TxHoldCount : 3 PathCostMethod : Long BPDUGuard : Disabled BPDUFilter : Disabled ###### MST 0 vlans mapped : All BridgeAddr : 00d0.f8ef.9e89 Priority : 32768 TimeSinceTopologyChange : 0d:0h:0m:8s TopologyChanges : 0 DesignatedRoot : 800000D0F8EF9D09 RootCost : 200000 RootPort : Fa0/1 CistRegionRoot : 800000D0F8EF9E89 CistPathCost : 0 SwitchA#show spanning-tree interface fastthernet 0/1 ！显示交换机接口fastthernet 0/1的状态 PortAdminPortfast : Disabled PortOperPortfast : Disabled PortAdminLinkType : auto PortOperLinkType : point-to-point PortBPDUGuard: Disabled PortBPDUFilter: Disabled
路由器基本配置_实验报告
路由器基本配置_实验报告 《组网技术》实验报告 姓名学号教学班计算机网络 任课教师王丽娟指导教师王丽娟班主任 2013-6-3 实验地点广西某家具公司机房实验时间 实验项目名称:路由器基本配置 实验目标及要求: 通过CISCO路由器,了解路由器的各个接口的用途、配接方法，路由器配置命令、状态模式的功能，在此基础上通过超级终端完成对路由器的各种基本配置，如:路由器的命名、特权密码的设置、LAN接口的配置、WAN接口的配置、静态路由的配置等等。并用命令保存和查验配置信息。 实验环境及工具: CISCO路由器，PC机，网线，专用电缆(RS232，V35)，CONSOLE。 实验内容及过程: 实验内容: 观察CISCO路由器，了解路由器基本知识; 学习电缆连接; 查看CISCO路由器的操作，了解路由器工作原理; 学习基本的路由器配置。 实验步骤: 配置相应的IP参数 打开计算机的“超级终端”程序 此超级终端内输入的命令都是对路由器A的操作，超级终端窗口内所有输出都是路由器A的 输出。 键入“,”列入命令提示。 7-A>? Exec commands: <1-99> Session number to resume access-enable Create a temporary Access-List entry access-profile Apply user-profile to interface clear Reset functions connect Open a terminal connection disable Turn off privileged commands disconnect Disconnect an existing network connection
现代控制理论课程设计(大作业)
现代控制理论课 程设计报告 题目打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性分析 项目成员史旭东童振梁沈晓楠 专业班级自动化112 指导教师何小其 分院信息分院 完成日期 2014-5-28
目录 1. 课程设计目的 (3) 2.课程设计题目描述和要求 (3) 3.课程设计报告内容 (4) 3.1 原理图 (4) 3.2 系统参数取值情况 (4) 3.3 打印机皮带驱动系统的状态空间方程 (5) 4. 系统分析 (7) 4.1 能控性分析 (7) 4.2 能观性分析 (8) 4.3 稳定性分析 (8) 5. 总结 (10)
项目组成员具体分工 打印机皮带驱动系统能控能观和稳定性 分析 课程设计的内容如下： 1.课程设计目的 综合运用自控现代理论分析皮带驱动系统的能控性、能观性以及稳定性，融会贯通并扩展有关方面的知识。加强大家对专业理论知识的理解和实际运用。培养学生熟练运用有关的仿真软件及分析，解决实际问题的能力，学会使用标准、手册、查阅有关技术资料。加强了大家的自学能力，为大家以后做毕业设计做很好的铺垫。 2.课程设计题目描述和要求 (1)环节项目名称：能控能观判据及稳定性判据 (2)环节目的： ①利用MATLAB分析线性定常系统的可控性和客观性。 ②利用MATLAB进行线性定常系统的李雅普诺夫稳定性判据。 (3)环节形式：课后上机仿真 (4)环节考核方式： 根据提交的仿真结果及分析报告确定成绩。 (5)环节内容、方法： ①给定系统状态空间方程，对系统进行可控性、可观性分析。 ②已知系统状态空间方程，判断其稳定性，并绘制出时间响应曲线验
证上述判断。 3.课程设计报告内容 3.1 原理图 在计算机外围设备中，常用的低价位喷墨式或针式打印机都配有皮带驱动器。它用于驱动打印头沿打印页面横向移动。图1给出了一个装有直流电机的皮带驱动式打印机的例子。其光传感器用来测定打印头的位置，皮带张力的变化用于调节皮带的实际弹性状态。 图1 打印机皮带驱动系统 3.2 系统参数取值情况 表1打印装置的参数
交换机生成树协议原理
交换机生成树协议原理 方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余连接。 1.网络中的广播帧 目前广泛使用的网络操作系统有Netware、WindowsNT等，而LanServer的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。 每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况，厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。 如果超过厂商给定的MAC数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。 2.虚拟网的划分 虚拟网是交换机工作原理的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种： (1)静态端口分配
静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。 (2)动态虚拟网 支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时。 交换机工作原理端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。 (3)多虚拟网端口配置 该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。 但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中，因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了 Inter-SwitchLink(ISL)虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网(ATM、FDDI、FastEther)的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。
实验三路由器基本配置
上机报告 姓名学号专业 班级 计科普1002 课程 名称 网络系统集成 指导教师机房 名称 （I520） 上机 日期 2012 年10 月26 日 上机项目名称实验三：路由器基本配置 上机步骤及内容： 实验目的 1．使用路由器配置静态路由、RIP协议、OSPF协议。掌握使用相应协议实现路由选择的方法。 2．通过在路由器上使用相关的检查和排错命令学习如何维护和分析RIP协议、OSPF 协议。 3．通过RIPv1和RIPv2配置过程的不同体会两者在实际使用上的差别。 实验要求 1．在路由器上配置静态路由、缺省路由； 2．配置RIP协议；配置OSPF协议； 3．掌握路由器接口配置，测试网络连通性； 4．理解每一步实验的作用，把实验的每一步所完成的任务详细地叙述清楚，并记录在实验报告上； 5．实验结束后上缴实验报告 实验仪器设备和材料清单 1．具备两个以太网端口的路由器三台，交换机两台； 2．两台具备以太网接口的PC机，分别连接路由器的内外网口，路由器端口、PC的IP地址可自己分配和设置 3．路由器拓扑结构成环状或线性连接； 4. 实验组网图。
图实验组网图 实验内容 1．完成路由器的基本端口配置，静态路由，缺省路由配置； 2．RIPv2协议配置； 3. OSPF协议配置； 4．通过在路由器上使用相关的检查和排错命令学习如何维护和分析RIP协议、OSPF 协议。 实验步骤 1．作路由器的端口IP地址配置，代码如下： 路由器r1 [H3C]sysname r1 [r1]int e0/1 [r1-Ethernet0/1]ip add 24 [r1-Ethernet0/1] %Oct 28 16:55:42:805 2012 r1 IFNET/4/UPDOWN: Line protocol on the interface Ethernet0/1 is UP [r1-Ethernet0/1]int e0/0 [r1-Ethernet0/0]ip add 24 路由器r2 [H3C]sysname r2 [r2]int e0/1 [r2-Ethernet0/1]ip add 24 [r2-Ethernet0/1] %Oct 28 16:40:33:465 2012 r2 IFNET/4/UPDOWN: Line protocol on the interface Ethernet0/1 is UP [r2-Ethernet0/1]int e0/0
基于极点配置的控制器设计与仿真
计算机控制理论与设计作业 题目：基于极点配置方法的直流调速系统的控制器设计
摘要 本文目的是用极点配置方法对连续的被控对象设计控制器。基本思路是对连续系统进行数学建模，将连续模型进行离散化，针对离散的被控对象，用极点配置的方法分别在用状态方程和传递函数两种描述方法下设计前馈和反馈控制器，并用MATLAB仿真。文中具体以直流调速系统作为研究对象，对直流调速系统的组成和结构进行了分析，把各个部分进行数学建模，求出其传递函数，组成系统结构框图，利用自控原理的知识对结构图化简，求出被控对象的传递函数和状态方程，进一步得将其离散化。第一种是通过极点配置设计方法的原理，用状态方程设计被控对象的控制律，因为直流调速系统存在噪声，实际状态不可测，故选择了全阶的观测器，又因为采样时间小于计算延时，所以选择了预报观测器。利用所学知识对此闭环系统设计前馈和反馈控制器[1]。第二种利用传统的离散传递函数，从代数多项式的角度进行复合控制器的设计，在保证系统稳定的情况下，分析系统的可实现性，稳定性，静态指标，动态指标，抗干扰等方面性能研究前馈反馈相结合控制器设计。重点是保证被控对象的不稳定的零极点不能被抵消。最后利用MATLAB的Simulink进行仿真，观察系统的输出的y和u和收敛性，并加入扰动看其抗干扰性能，得出结论。 经研究分析，对于直流调速系统，基于极点配置设计的前馈反馈相结合的控制器，具有良好的稳定性能和抗干扰性能。运行结果符合实际情况。 关键词：极点配置；状态方程；直流调速系统；代数多项式；Matlab；
1绪论 1.1论文的背景及意义 在工业生产和日常生活中，自动控制系统分为确定性系统和不确定性系统两类，确定性系统是指系统的结构和参数是确定的，确定的输入下，输出也确定的一类系统。确定性系统相对于不确定性系统而言的。在确定的系统中所用的变量都可用确切的函数关系来描述，系统的运动特性可以完全确定。以确定性系统为研究对象的控制理论称为确定性控制理论。本文以直流调速系统为研究对象，利用极点配置的设计方法，包括利用状态空间模型和传递函数模型分别描述线性系统，采用闭环极点为指标的控制器设计的理论和方法，设计出前馈和反馈控制器，组建闭环控制系统，用Matlab进行仿真可以逼真地还原出实际系统。 1.2 论文的主要内容 本文直流电机的调速系统的模型作为研究对象，利用线性系统极点配置的设计方法，设计前馈反馈控制器。论文研究的主要内容: (1)阅读学习国内外期刊文献，研究了极点配置的基本原理和Matlab的实现方法。 (2)系统的说明直流电机的系统结构和工作原理并分析，建立直流调速系统的数学模型，将其进行离散化，并讨论其传递函数与状态方程之间的关系。 (3)分析极点配置控制器的设计原理，利用状态方程设计控制器。 （4）将被控对象的传递函数离散化，利用传递函数模型设计控制器。 (4)在MATLAB中建立闭环直流调速系统的模型，根据闭环极点配置的设计步骤编写程序，用Simulink搭建仿真系统，对闭环直流调速系统的输出进行仿真分析。 (5)对仿真结果分析。将仿真结果与实际直流调速系统的阶跃响应的各项参数相比较，得出结论。