交换机行业概况、分类、架构、市场规模、竞争格局

2024-06-18 00:06

交换机是基于以太网实现数据传输和交换的数通设备，按照不同维度拥有多种分类。中国交换机行业概况、定义与分类、架构、发展历程、市场规模、竞争格局、产业链概述。

交换机：按照应用领域分类交换机属于光通信设备中数通设备的一种，指基于以太网进行数据传输和交换的多端口网络设备，每个端口都可以连接到主机或网络节点，主要功能就是根据接收到数据帧中的硬件地址，把数据转发到目的主机或网络节点。

交换机相当于一台特殊的计算机，由硬件和软件组成，连接计算机、服务器、摄像设备、打印设备、IP电话等终端设备，并通过与其他交换机、无线接入点、路由器等网络设备互联，构建网络进而实现所有设备的互联互通。

按照不同维度分类：按照在网络中所处的位置和分工，交换机可分为核心交换机、汇聚交换机和接入交换机，此分类法最基本和常用；按网络覆盖程度，交换机可分为广域网和局域网交换机；按照不同端口结构，交换机可分为固定端口和模块化交换机；按照不同传输带宽和速率，交换机可分为百兆、千兆、万兆、十万兆交换机等；

按照不同规模应用，交换机可分为企业级、校园级、部门级、工作组和桌机型交换机；按照是否支持网关功能，交换机可分为网管型和非网管型交换机。

交换机是各类网络架构中的重要组成部分，可满足多类应用场景需求，园区场景中组网主要有两类方式，企业场景中简化设备的同时满足更多需求。

在园区场景中，园区网络可采用以太网组网或无源光纤组网，以太网组网即采用核心交换机到汇聚交换机最后到接入交换机；无源光纤组网同样采用核心交换机，但在汇聚层由OLT设备进行替换，在接入层由ODN设备（主要是分光器）面向用户侧ONU设备进行替换；在以太网组网中核心交换机可直连网络，也可连接防火墙再连接网络；

在企业场景中，一般部署核心交换机和接入交换机，核心交换机作为接入交换机的汇聚点，提供至网络的上行链路；接入交换机为企业的各类终端设备提供网络连接。当前企业办公对网络的需求正在多样化，对无线连接、负载、灵活度等均有较高要求。

在数据中心场景中，由于数据中心市场中东西向流量（即各个数据中心间的流量）已占据市场主流，这促使着数据中心架构进行调整优化。叶脊构架是当前首选，其能使数据中心规模扁平化，带宽利用率更高，可扩展性更强，降低延时，部署和维护成本更低，安全性和可用性更高。

叶脊构架将三层构架优化为二层架构，包括脊交换机和叶交换机，其中脊交换机相当于原三层架构中的核心交换机，是一种高端口密度的交换机，叶交换机相当于原三层架构中的接入交换机，能提供网络连接给服务器同时上联给脊交换机。

在工业场景中，工业交换机主要是为针对性满足灵活多变的工业应用需求而提供的组网设备，与其他商用交换机设备相比，工业交换机核心功能未变，但需要能承受更严苛的工作环境（耐高温、防水、防爆、抗震、抗干扰等），要有更长的使用寿命，更高性价比，能满足通信实时性和稳定性，网络安全性，灵活组网，部署和维护便捷等要求。

工业交换机的应用领域包括：智慧电网、智慧工厂、智慧城市、轨道交通、石油化工、新能源等。

以太网交换机设备构成：主要以芯片类（交换芯片、CPU、PHY）、PCB、光器件、插接件、阻容器件、壳体等组成，其中交换芯片为最核心部件。

以太网交换芯片：以太网交换芯片为用于交换处理大量数据及报文转发的专用芯片，是针对网络应用优化的专用集成电路。以太网交换芯片内部的逻辑通路由数百个特性集合组成，在协同工作的同时保持极高的数据处理能力，因此其架构实现具有复杂性；部分以太网交换芯片将 CPU、PHY 集成在以太网交换芯片内部。

近年来云计算、大数据等新一代技术实现快速发展，各类相应新兴应用逐渐增多，包括虚拟现实、远程控制、自动驾驶、超高清视频等，这些新兴应用给现有网络和算力带来越来越大的压力。为有效应对流量大幅度增长的问题，大型数据中心的建设持续推进，其中“东数西算”的启动又为超大型数据中心建设有效提速。超大型数据中心需要网络具备高稳定性、高性能、高可控性以及低运维成本，传统组网方式以不能有效满足以上需求，尤其是传统交换机从软件到硬件均为封闭式开发，这类传统交换机又被称为黑盒交换机（或品牌交换机）。黑盒交换机导致不同厂商设备间互通性偏低，网络运维难度较大，管控不能实现统一，一旦发生故障也不能实现快速定位，同时黑盒交换机也不利于未来设备升级和功能扩展。

由于数据中心用交换机在整体交换机市场中占有重要地位，能够实现更快迭代升级和统一管控的白盒交换机将成为未来交换机市场长期可持续发展的关键。白盒交换机采用开发的设备架构，对网络底层硬件与上层网络功能和协议进行解耦，在最大程度上提升了设备灵活度。

白盒交换机一般包括硬件和软件两部分，硬件包括交换芯片、CPU、网卡、存储、外围硬件设备等，软件包括网络操作系统及配套应用。

白盒交换机的关键优势：购置成本较品牌交换机低50%、部署简便、更先进的网络管理、更高程度的自动化、个性化程度高等。

市场上的交换芯片包含自研和商用两大类，多种因素导致未来交换芯片市场规模的主要增量将来自商用芯片。

采用自研交换芯片的因素：早期市场并未形成大规模商用，以思科为代表的龙头企业通过自研以太网交换芯片的方式配合自研交换机的技术演进；在市场主要由龙头企业进行竞争的背景下，各交换机厂商往往不采用主要竞争对手的芯片方案、依赖竞争对手的方案构建交换机，从而丧失自身核心竞争力。

采用商用交换芯片的因素：随着以太网交换芯片市场的扩大，自研厂商已无法满足下游日益增长的需求，当前市场上自研交换芯片和商用交换芯片的市场份额占比已经表现为各占一半的状态，预计商用交换芯片的市场和规模将以更快的增长速度超过自研交换芯片的市场规模。

未来交换芯片市场规模的主要增量将来自商用芯片，原因包括：交换芯片一直存在的技术和资金壁垒，尤其是一般交换芯片应用生命周期长达8-10年，使得部分自研企业难以在自身体量下同时支撑芯片的高额研发投入、高速迭代，且难以实现经济效益；当前交换芯片市场增长主要动力来自数据中心，而数据中心启用商用交换芯片的时间较早，已形成一定先发优势；贸易战的持续摩擦将给自研企业带来更多产业链风险。