中國(guó)交換機(jī)行業(yè)概覽：市場(chǎng)動(dòng)態(tài)與未來展望

交換機(jī)是基于以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和交換的數(shù)通設(shè)備，按照不同維度擁有多種分類。中國(guó)交換機(jī)行業(yè)概況、定義與分類、架構(gòu)、發(fā)展歷程、市場(chǎng)規(guī)模、競(jìng)爭(zhēng)格局 、產(chǎn)業(yè)鏈概述。

交換機(jī)：按照應(yīng)用領(lǐng)域分類交換機(jī)屬于光通信設(shè)備中數(shù)通設(shè)備的一種，指基于以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和交換的多端口網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每個(gè)端口都可以連接到主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，主要功能就是根據(jù)接收到數(shù)據(jù)幀中的硬件地址，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到目的主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

交換機(jī)相當(dāng)于一臺(tái)特殊的計(jì)算機(jī)，由硬件和軟件組成，連接計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、攝像設(shè)備、打印設(shè)備、IP電話等終端設(shè)備，并通過與其他交換機(jī)、無(wú)線接入點(diǎn)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的互聯(lián)互通。

按照不同維度分類：按照在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置和分工，交換機(jī)可分為核心交換機(jī)、匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)，此分類法最基本和常用；按網(wǎng)絡(luò)覆蓋程度，交換機(jī)可分為廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)交換機(jī)；按照不同端口結(jié)構(gòu)，交換機(jī)可分為固定端口和模塊化交換機(jī)；按照不同傳輸帶寬和速率，交換機(jī)可分為百兆、千兆、萬(wàn)兆、十萬(wàn)兆交換機(jī)等；

按照不同規(guī)模應(yīng)用，交換機(jī)可分為企業(yè)級(jí)、校園級(jí)、部門級(jí)、工作組和桌機(jī)型交換機(jī)；按照是否支持網(wǎng)關(guān)功能，交換機(jī)可分為網(wǎng)管型和非網(wǎng)管型交換機(jī)。

交換機(jī)是各類網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的重要組成部分，可滿足多類應(yīng)用場(chǎng)景需求，園區(qū)場(chǎng)景中組網(wǎng)主要有兩類方式，企業(yè)場(chǎng)景中簡(jiǎn)化設(shè)備的同時(shí)滿足更多需求。

在園區(qū)場(chǎng)景中，園區(qū)網(wǎng)絡(luò)可采用以太網(wǎng)組網(wǎng)或無(wú)源光纖組網(wǎng)，以太網(wǎng)組網(wǎng)即采用核心交換機(jī)到匯聚交換機(jī)最后到接入交換機(jī)；無(wú)源光纖組網(wǎng)同樣采用核心交換機(jī)，但在匯聚層由OLT設(shè)備進(jìn)行替換，在接入層由ODN設(shè)備（主要是分光器）面向用戶側(cè)ONU設(shè)備進(jìn)行替換；在以太網(wǎng)組網(wǎng)中核心交換機(jī)可直連網(wǎng)絡(luò)，也可連接防火墻再連接網(wǎng)絡(luò)；

在企業(yè)場(chǎng)景中，一般部署核心交換機(jī)和接入交換機(jī)，核心交換機(jī)作為接入交換機(jī)的匯聚點(diǎn)，提供至網(wǎng)絡(luò)的上行鏈路；接入交換機(jī)為企業(yè)的各類終端設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)前企業(yè)辦公對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求正在多樣化，對(duì)無(wú)線連接、負(fù)載、靈活度等均有較高要求。

在數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景中，由于數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)中東西向流量（即各個(gè)數(shù)據(jù)中心間的流量）已占據(jù)市場(chǎng)主流，這促使著數(shù)據(jù)中心架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。葉脊構(gòu)架是當(dāng)前首選，其能使數(shù)據(jù)中心規(guī)模扁平化，帶寬利用率更高，可擴(kuò)展性更強(qiáng)，降低延時(shí)，部署和維護(hù)成本更低，安全性和可用性更高。

葉脊構(gòu)架將三層構(gòu)架優(yōu)化為二層架構(gòu)，包括脊交換機(jī)和葉交換機(jī)，其中脊交換機(jī)相當(dāng)于原三層架構(gòu)中的核心交換機(jī)，是一種高端口密度的交換機(jī)，葉交換機(jī)相當(dāng)于原三層架構(gòu)中的接入交換機(jī)，能提供網(wǎng)絡(luò)連接給服務(wù)器同時(shí)上聯(lián)給脊交換機(jī)。

在工業(yè)場(chǎng)景中，工業(yè)交換機(jī)主要是為針對(duì)性滿足靈活多變的工業(yè)應(yīng)用需求而提供的組網(wǎng)設(shè)備，與其他商用交換機(jī)設(shè)備相比，工業(yè)交換機(jī)核心功能未變，但需要能承受更嚴(yán)苛的工作環(huán)境（耐高溫、防水、防爆、抗震、抗干擾等），要有更長(zhǎng)的使用壽命，更高性價(jià)比，能滿足通信實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)安全性，靈活組網(wǎng)，部署和維護(hù)便捷等要求。 工業(yè)交換機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：智慧電網(wǎng)、智慧工廠、智慧城市、軌道交通、石油化工、新能源等。

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以太網(wǎng)交換機(jī)設(shè)備構(gòu)成：主要以芯片類（交換芯片、CPU、PHY）、PCB、光器件、插接件、阻容器件、殼體等組成，其中交換芯片為最核心部件。 以太網(wǎng)交換芯片：以太網(wǎng)交換芯片為用于交換處理大量數(shù)據(jù)及報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的專用芯片，是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用優(yōu)化的專用集成電路。以太網(wǎng)交換芯片內(nèi)部的邏輯通路由數(shù)百個(gè)特性集合組成，在協(xié)同工作的同時(shí)保持極高的數(shù)據(jù)處理能力，因此其架構(gòu)實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜性；部分以太網(wǎng)交換芯片將 CPU、PHY 集成在以太網(wǎng)交換芯片內(nèi)部。

近年來云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，各類相應(yīng)新興應(yīng)用逐漸增多，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)駕駛、超高清視頻等，這些新興應(yīng)用給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和算力帶來越來越大的壓力。為有效應(yīng)對(duì)流量大幅度增長(zhǎng)的問題，大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)持續(xù)推進(jìn)，其中“東數(shù)西算”的啟動(dòng)又為超大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)有效提速。超大型數(shù)據(jù)中心需要網(wǎng)絡(luò)具備高穩(wěn)定性、高性能、高可控性以及低運(yùn)維成本，傳統(tǒng)組網(wǎng)方式以不能有效滿足以上需求，尤其是傳統(tǒng)交換機(jī)從軟件到硬件均為封閉式開發(fā)，這類傳統(tǒng)交換機(jī)又被稱為黑盒交換機(jī)（或品牌交換機(jī)）。黑盒交換機(jī)導(dǎo)致不同廠商設(shè)備間互通性偏低，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難度較大，管控不能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，一旦發(fā)生故障也不能實(shí)現(xiàn)快速定位，同時(shí)黑盒交換機(jī)也不利于未來設(shè)備升級(jí)和功能擴(kuò)展。 由于數(shù)據(jù)中心用交換機(jī)在整體交換機(jī)市場(chǎng)中占有重要地位，能夠?qū)崿F(xiàn)更快迭代升級(jí)和統(tǒng)一管控的白盒交換機(jī)將成為未來交換機(jī)市場(chǎng)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。白盒交換機(jī)采用開發(fā)的設(shè)備架構(gòu)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)底層硬件與上層網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)議進(jìn)行解耦，在最大程度上提升了設(shè)備靈活度。 白盒交換機(jī)一般包括硬件和軟件兩部分，硬件包括交換芯片、CPU、網(wǎng)卡、存儲(chǔ)、外圍硬件設(shè)備等，軟件包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及配套應(yīng)用。

白盒交換機(jī)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：購(gòu)置成本較品牌交換機(jī)低50%、部署簡(jiǎn)便、更先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)管理、更高程度的自動(dòng)化、個(gè)性化程度高等。 市場(chǎng)上的交換芯片包含自研和商用兩大類，多種因素導(dǎo)致未來交換芯片市場(chǎng)規(guī)模的主要增量將來自商用芯片。 采用自研交換芯片的因素：早期市場(chǎng)并未形成大規(guī)模商用，以思科為代表的龍頭企業(yè)通過自研以太網(wǎng)交換芯片的方式配合自研交換機(jī)的技術(shù)演進(jìn)；在市場(chǎng)主要由龍頭企業(yè)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)的背景下，各交換機(jī)廠商往往不采用主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的芯片方案、依賴競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的方案構(gòu)建交換機(jī)，從而喪失自身核心競(jìng)爭(zhēng)力。 采用商用交換芯片的因素：隨著以太網(wǎng)交換芯片市場(chǎng)的擴(kuò)大，自研廠商已無(wú)法滿足下游日益增長(zhǎng)的需求，當(dāng)前市場(chǎng)上自研交換芯片和商用交換芯片的市場(chǎng)份額占比已經(jīng)表現(xiàn)為各占一半的狀態(tài)，預(yù)計(jì)商用交換芯片的市場(chǎng)和規(guī)模將以更快的增長(zhǎng)速度超過自研交換芯片的市場(chǎng)規(guī)模。 未來交換芯片市場(chǎng)規(guī)模的主要增量將來自商用芯片，原因包括：交換芯片一直存在的技術(shù)和資金壁壘，尤其是一般交換芯片應(yīng)用生命周期長(zhǎng)達(dá)8-10年，使得部分自研企業(yè)難以在自身體量下同時(shí)支撐芯片的高額研發(fā)投入、高速迭代，且難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益；當(dāng)前交換芯片市場(chǎng)增長(zhǎng)主要?jiǎng)恿碜詳?shù)據(jù)中心，而數(shù)據(jù)中心啟用商用交換芯片的時(shí)間較早，已形成一定先發(fā)優(yōu)勢(shì)；貿(mào)易戰(zhàn)的持續(xù)摩擦將給自研企業(yè)帶來更多產(chǎn)業(yè)鏈風(fēng)險(xiǎn)。

交換芯片的難點(diǎn)：交換芯片從芯片設(shè)計(jì)至流片至大規(guī)模量產(chǎn)等環(huán)節(jié)均需要交換芯片廠商和原材料等供應(yīng)商的長(zhǎng)期投入和高度協(xié)作。

交換機(jī)的難點(diǎn)：在硬件上，需要基于交換芯片進(jìn)行硬件原理圖設(shè)計(jì)、布局、調(diào)試和測(cè)試；在軟件上，需要基于交換芯片的SDK以及研發(fā)二層、三層協(xié)議棧、堆疊協(xié)議；最后基于研發(fā)成果進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試保障產(chǎn)品穩(wěn)定性。

審核編輯：黃飛

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