2022年中国以太网交换机行业研究报告（摘要版）

行业概览| 2022/06 中国：ICT系列 摘要 以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，其核心功能是连接各终端设备，并通过与其他交换机、无线接入点、网络防火墙、路由器等网络设备互联，构建局域网从而实现所有设备的互联互通。以太网交换机主要应用于企业网络、运营商网络、数据中心网络和工业网络场景。在以太网交换机产业链中，上游以太网交换芯片和CPU为核心部件。中游以太网交换设备也逐渐向着白盒化发展。 n以太网交换芯片：以太网交换机核心部件 以太网交换芯片为以太网交换机的核心部件，是用于交换处理大量数据及报文转发的专用芯片，其性能可直接决定以太网交换机性能和数据转处理及转发能力。以太网交换芯片主要工作在OSI模型的物理层、数据链路层、网络层和传输层，可提供二层转发和三层路由等功能。 以太网交换芯片整体技术壁垒较高，芯片研发周期长、资金壁垒高，国产化程度较低。 n以太网交换芯片速率：园区核心交换机速率可达400G 目前，400G网络在超大规模数据中心已规模部署，400G数据中心网络方案也已足够成熟。近年来，园区网络的复杂性使得400G网络推进缓慢。然而近日，新华三发布了业界首款400G园区核心交换机，标志着园区网络“超宽”时代的到来。 报告提供的任何内容（包括但不限于数据、文字、图表、图像等）均系头豹研究院独有的高度机密性文件（在报告中另行标明出处者除外）。未经头豹研究院事先书面许可，任何人不得以任何方式擅自复制、再造、传播、出版、引用、改编、汇编本报告内容，若有违反上述约定的行为发生，头豹研究院保留采取法律措施、追究相关人员责任的权利。头豹研究院开展的所有商业活动均使用“头豹研究院”或“头豹”的商号、商标，头豹研究院无任何前述名称之外的其他分支机构，也未授权或聘用其他任何第三方代表头豹研究院开展商业活动。 n白盒交换机：解耦底层硬件与上层网络功能和协议 为了实现更快的迭代速率和统一的设备管控能力，白盒设备如白盒交换机应运而生。白盒交换机采用开放的设备架构，对网络底层硬件与上层网络功能和协议进行解耦，极大提升了设备的灵活型，为数据中心、运营商承载网等应用场景的网络升级扫清了障碍。 Chapter 1 以太网交换机产业综述 q 交换机产业综述： n 交换机综述 n 以太网交换机综述 n 应用场景 n 市场规模 交换机：实现局域网内所有设备的互联互通 交换机可为任意两个网络节点提供独享电信号通路的网络基础设备，其功能是将计算机、服务器等终端设备与其他交换机、无线接入点等网络设备互联，实现局域网内设备的互联互通 交换机分类 以太网交换机：工作原理为根据MAC地址进行数据转发 最常见的交换机为以太网交换机，其结构是每个端口都与主机相连，保证每一对相互通信的主机都能无冲突地进行数据传输，并依照数据帧中的MAC地址进行数据转发 以太网交换机对数据帧的转发原理 u（1）单播帧的转发 PCA发出目的到PCD的单播数据帧，交换机根据帧中的目的地址，从相应的E1/0/4端口发送出去，且不在其他端口上转发此单播数据帧。 u（2）广播、组播和未知单播帧的转发 E1/0/1端口 E1/0/3端口 以太网交换机 PCA PCC E1/0/2端口 E1/0/4端口 PCB PCD 交换机会把从PCA发出的广播、组播和未知单播帧从其他端口发送出去（除了接收到帧的端口） n以太网交换机工作在数据链路层，根据数据帧中的MAC地址进行数据转发 最常见的交换机是以太网交换机，以太网交换机是基于以太网传输数据的交换机，其结构是每个端口都直接与主机相连，并且能同时连通多对端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样无冲突地进行数据传输。以太网交换机工作在OSI网络参考模型的物理层、数据链路层、网络层和传输层，二层以太网交换机主要根据数据帧中的MAC地址进行转发。 Ø当PCA向PCD发送单播帧时，交换机在端口E1/0/1收到PCA发出的数据帧后，检索MAC地址表项，发现目的MAC地址对应的端口是E1/0/4，就把此数据帧从E1/0/4转发，不在端口E1/0/2和E1/0/3转发，PCB和PCC也因此不会收到PCA发出的数据帧； Ø当PCA想其他PC发送广播、组播和未知单播帧时，交换机把广播、组播帧从除了源端口的所有端口转发出去，目的是让网络中其他成员收到这些数据帧。 以太网交换机应用场景：中小型企业网络与大型园区网络 在中小型企业网络场景下，企业可仅部署接入交换机和核心交换机；在大型园区网络场景下，需部署接入、汇聚、核心三层交换机，目前业内也已推出400G园区核心交换机 以太网交换机应用场景：中小型企业网络与大型园区网络 中小型企业以太网组网架构 n场景一：中小型企业网络 在中小型企业网络架构下可选择部署接入层交换机和核心层交换机。以太网交换机可作为核心交换机为企业网络提供第二、三层转发。在该网络架构中，接入层交换机主要为电脑、无线AP、IP摄像头、企业服务器等终端设备提供网络连接；核心层交换机则是多台接入层交换机的汇聚点，并提供至互联网的上行链路。 当前，随着智慧办公、企业业务多样性趋势的发展，企业网络对网络接入有着形式多样化、支持WLAN无线接入、企业多出口链路场景下负载均衡和灵活选路等需求。 n场景二：大型园区网络 当前，大型园区组网可选择传统以太网组网或无源光纤局域网（POL）组网。传统以太网局域网采用核心交换机到汇聚交换机最后到接入交换机，而POL网络核心层也采用核心交换机，但在汇聚层由OLT替代传统汇聚交换机，在接入层使用分光器代替接入交换机，最后由分光器直接面向用户的ONU设备。 在传统三层以太网架构下，核心交换机功能非常强大，可直接与互联网相连，也可在核心交换机和互联网之间使用防火墙设备。速率方面，接入交换机使用百兆或千兆速率可根据用户量带宽决定，目前，400G园区核心交换机也已问世，标志着园区超宽时代的来临。 以太网交换机应用场景：数据中心网络与工业网络 在数据中心网络场景下，主流的叶脊网络架构取代了传统三层网络架构，此架构下包含叶交换机和脊交换机。在工业网络场景下，以太网交换机需满足工业控制现场苛刻的通信需求 以太网交换机应用场景：数据中心网络与工业网络 以太网交换机市场规模：2022Q1全球收入达76亿美元 全球以太网交换机2022Q1市场收入达76亿美元，同比增长 12.7%。增长来源于超大规模和云服务商数据中心交换容量的持续提升，以及企业和分支机构的园区网络正处设备更新周期 全球以太网交换机市场规模，2020Q4-2022Q1 Chapter 2 以太网交换机产业链 q 以太网交换机产业链： n 产业链图谱 n 上游以太网交换芯片 n 以太网交换芯片速率 n 以太网交换芯片商业模式 n 中游以太网交换机 n 白盒交换机 n 白盒交换机产业链 n 以太网交换机驱动因素 以太网交换机产业链：上游交换芯片和CPU为核心环节 以太网交换机产业链为上游的以太网交换芯片、CPU和PHY芯片、电子元器件，到中游的以太网交换机设备商，最后应用于下游的企业网络、数据中心网络、运营商网络和工业网络 以太网交换机产业链图谱 以太网交换芯片 CPU和PHY芯片 电子元器件 上游 上游以太网交换芯片：以太网交换机核心部件 以太网交换芯片为以太网交换机的核心部件，其可直接决定交换机性能和数据处理转发能力。以太网交换芯片技术壁垒较高，芯片研发资金壁垒较高且周期较长，因此国产化程度较低 以太网交换机内部架构与以太网交换芯片报文交换处理流程 以太网交换机内部架构 以太网交换芯片报文交换处理流程 解析器 缓存管理 Egress ACL 安全引擎 路由变更Ingress ACL 隧道终结 三层路由 VLAN 二层交换 以太网交换芯片速率：园区核心交换机速率可达400G 以太网交换芯片在不同应用场景下速率覆盖百兆、千兆、万兆、25/40/100G、400G等。目前，新华三推出了针对园区网络的业界首款400G园区核心交换机，标志着园区网络“超宽”时代到来 以太网交换芯片各速率主流应用场景 大型运营商网络超大型数据中心网络 运营商网络数据中心网络 企业网络 家用网络 400G 25/40/100G 千兆/万兆 百兆/千兆 以太网交换芯片商业模式：自研芯片vs商用芯片 自研交换芯片厂商将自研的以太网交换芯片用于自研交换机产品中，同时外购商用交换芯片以扩充其交换机产品线；商用交换芯片厂商则将商用芯片销售给其他以太网交换机厂商 自研交换芯片与商用交换芯片商业模式对比 自研交换芯片 商用交换芯片 代表厂商 完整版登录www.leadleo.com 搜索《2022年中国以太网交换机行业研究报告》 中游交换机：思科、华为、Arista、HPE、H3C位列前五 以太网交换机发展至今，端口速率从 10M 发展至当今主流的 400G，并向800G演进，交换容量提升至数十Tbps。2022Q1市占率前五厂商为思科、Arista Networks、华为、HPE和新华三 全球以太网交换机市场份额，2021与2022Q1 全球以太网交换机市场份额，2021 全球以太网交换机市场份额，2022Q1 思科华为 26.2% 思科华为 24.7% 45.4% Arista Networks H3C 45.3% Arista Networks H3C 6.0% 6.1% HPE其他 HPE其他 6.1% 7.6% 5.6% 9.3% 7.5% 10.2% 以太网交换机演进 n2022Q1以太网交换机市场份额前五名厂商为思科、Arista Networks、华为、HPE、新华三 以太网交换机集成了上游以太网交换芯片、CPU、PHY芯片和各类电子元器件，随着以太网交换芯片和CPU的飞速发展，以太网交换机的转发性能也得到了飞速的提升。 以太网交换机的端口速率从早期的十兆发展至目前主流的400G，并持续向800G演进；每台以太网交换机的单机交换容量也从最初的数十Mbps增长至目前的数十Tbps； 以太网交换机也从最早仅支持二层转发，逐步发展至可进行三层转发和四层转发。 中国本土以太网交换机设备厂商包括华为、新华三、中兴通讯、烽火通信、锐捷网络、迈普技术等。海外以太网交换机厂商包括思科、瞻博、Aruba、Arista Networks、HPE、Mellanox等。 根据IDC的数据，2022年Q1全球以太网交换机市场份额前五名的厂商分别为思科、Arista Networks、华为、HPE、新华三，市占率分别为45.4%、9.3%、7.5%、6%、5.6%。 1989年 至今 白盒交换机：解耦底层硬件与上层网络功能和协议 为应对业务多样性和流量激增背景下数据中心的快速迭代，白盒交换机应运而生，其通过解耦底层硬件与上层网络功能和协议，提升设备灵活性，使网络升级无需受限于传统封闭式设备 白盒交换机设备架构 白盒交换机产业链：上游白盒软硬件+下游设备整合商 白盒交换机具备低成本、易于部署和管理、支持定制等优势，其产业包含上游白盒交换芯片等部件厂商、白盒网络操作系统和配套软件厂商，以及下游整合软硬件的设备厂商 白盒交换机产业链 以太网交换机发展驱动因素：电信与数通市场共同拉动 以太网交换机的发展主要受到电信5G承载网建设，以及数通IDC大规模建设的驱动，同时中国数字经济蓬勃发展，以及各领域带来的边缘计算节点增长，共同拉动交换机市场需求 以太网交换机驱动因素 边缘计算节点增长刺激以太网交换机需求 数字经济发展拉动以太网交换机需求 Chapter3 以太网交换机厂商 q 以太网交换机厂商： n 思科 n 华为 n 盛科通信 思科：2022Q1全球以太网交换机市占率第一 思科是全球领先的