对于运营商级别的无线网络，除了提供一个安全的网络以外，还要给用户提供一个良好的应用体验，这就对WLAN网络的性能有一定的要求。典型的无线网络由无线控制器（AC）、无线接入点（AP）、认证服务器（Radius\Portal Server）、无线客户端（STA）以及其他一些中间设备（交换机\路由器）等组成。在无线组网中，无线控制器的转发能力直接决定了无线控制器能够管理AP和无线客户端的数量。因此无线控制器的性能都是各无线设备制造商主攻的方向，也是性能测试中能否技压群雄的关键所在。新华三的无线控制器有两项提升性能的神器:FPGA（即现场可编程门阵列）和FSIM（FPGA模拟器）。

FPGA是英文Field－Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。而支持FPGA转发的设备需要在单板上集成一块硬件的集成电路。

FSIM（FPGA simulator），中文名称FPGA模拟器，通过软件的方式将FPGA表项放入内存中，从而可以在没有FPGA硬件的情况下实现报文的快速转发。

本文将从功能和性能两个方面讨论FPGA和FSIM的测试方法。

无线转发介绍

首先介绍一下无线报文转发路径。典型的无线环境如图1所示。

图1 FPGA和FSIM测试拓扑

PC1和PC2的通讯需要跨越一个无线网络，PC2作为无线客户端发送了一个无线报文（报文的二层头为802.11格式），该报文经过无线空口被AP接收，此时AP需要做两件事情，第一，需要将无线报文头部转换成802.3格式；第二，把原始报文当成Payload，在Payload前加上一个CAPWAP头，再按照普通的IP报文查表转发。该报文经过IP转发之后，最终到达AC，AC接收到报文之后进行查表，发现需要拆解CAPWAP报文头，然后通过二次查表进行三层转发，最终到达目的地PC1。

通过上述讲解，我们发现AC需要两次查表，由于AC的查表动作均由CPU完成，当网络规模较大时，AC的转发性能往往成为网络转发的瓶颈，而FPGA和FSIM能够很好的解决这个问题。

FPGA和FSIM主要功效

在FPGA和FSIM转发中，设备将五元组相同（SIP、DIP、VLAN、Sport、Dport）的报文定义为一个流，属于一个流的报文共享一条转发路径。同一个流的第一个报文会按照正常的流程进行转发，设备会将该报文的转发信息进行记录，生成这个流的缓存信息。同时设备会将该缓存信息下发到FSIM和FPGA中，当同一个流中的下一个报文到达时，FSIM和FPGA模块会对该流的五元组进行HASH处理，由于相同流的五元组完全相同，因此HASH结果相同，从而会调用相同的流表进行转发，得出相同的转发路径。因为该过程主要由FPGA和FSIM模块进行处理，没有经过CPU查询路由表，因此速度会大大提升，同时极大的降低了CPU的工作负荷。因此当报文命中FPGA的情况下，报文不经过CPU，全部由FPGA硬件模块完成对报文的转发，转发性能可以提升10倍以上。同样命中FSIM的情况下，设备的转发速度也会大大提升。

FPGA和FSIM功能测试

在功能测试中，需要模拟无线客户端发送特性的端口流量，并且要接收到特定端口，比如DNS，HTTP、UDP流量，而这些流量无法通过让真实PC直接发送，即使支持发送，操作也十分复杂。因此就会给测试带来较大的难度。而新华三巧妙的使用Client AP解决了上述问题。

图2 FPGA和FSIM测试拓扑

通过Client AP，测试人员可以模拟无线客户端发送需求报文（如TCP 8899）来模拟真实用户的报文，测试AC上FPGA和FSIM模块的基本功能，同时可以借助IXIA测试仪器发送端口号编号（UDP、TCP）的流量，模拟客户端发送的特性应用流量，甚至可以抓包回放真实的用户流量，来测试FPGA和FSIM模块。

同时，上述测试模型也可以测试FPGA和FSIM不支持的业务测试。主要分为两种流量类型：第一种，到达本机的流量，比如需要AC 的CPU处理的流量（如ARP、DHCP等）；第二种，FPGA和FSIM不支持的流量，比如经过AC的三层分片流量（由于FPGA和FSIM不支持分片），因此需要经过CPU处理。

FPGA和FSIM性能测试

在商用无线网络中AP和无线客户端数量都非常大，而实验环境中无法实现与现网中相同数量级的AP和客户端测试，因此要真正测试FPGA和FSIM的性能，就需要模拟大量的AP（数量级为K）和无线客户端（数量级为10K）。为此，新华三研发了多AP模拟工具来满足这种特殊的测试需求，该工具的每个实例可以模拟2048个AP，每个AP可以下挂64个客户端，支持多个实例并行。因此测试人员可以通过多台PC或虚拟机模拟出实际的应用环境，从而完成对FPGA和FSIM模块在接近现网压力下的性能测试。

结束语

根据商用无线的特点，新华三设计出相应解决方案和测试方案，以应对商用环境中的各种挑战。在解决方案到达用户之前完成相关模块功能和性能的测试，这样对设备在实际应用环境中稳定运行起到了关键性的作用。