交换机行业分析报告 内容目录 交换设备是数据通信的枢纽，长久以来市场格局以品牌为主 ............................. - 3 - Google云网络成功实践，交换设备开启软硬件分离 ......................................... - 7 - 云网络兴起，驱动交换机向开放体系演化......................................................... - 12 - 产业链加大分化，软件核心厂商地位显著提升 .......................................... - 12 - 云数据中心规模快速提升，带动云网络和交换机高景气 ........................... - 15 - 从Arista的突飞猛进，看开放体系趋势下软件厂商的枢纽地位 ................. - 19 -
风险提示 ............................................................................................................ - 22 - 交换设备是数据通信的枢纽，长久以来市场格局以品牌为主 数据通信的功能是对数据报文进行网络内或网络间的转发，主要产品是交换机与路由器。理论上，交换机处理链路层协议L2，主要负责网络内的报文转发；路由器处理路由协议L3，主要负责网络间报文的转发。 随着芯片能力增强，两种产品在硬件上出现融合的趋势，差异仅仅体现在所维护的是两层表还是三层表。比如三层交换机同时满足交换机和路由器功能：对于每个跨网络转发的数据包，在第一次被转发时，是采用查建路由表的机制，路由器会记下对这条流的交换网口，若同属于一个网络，则随后就不再需要对该流的报文再查路由表，而是采用二层机制，直接走交换，所以称为“一次路由，终身交换”。
图表1. 交换设备广泛应用在电信与数通网
交换设备起于大型局域网（如教育、公安等）和互联网，当今几乎所有ICP/CNP厂商都遵循TCP/IP体系结构来建设自身网络；随着数据业务兴起和爆发，运营商也建设了自己的IP承载网，依托MPLS体系提供高速、高Qos的数据转发服务。 电信网在对数通设备的投资上，为了可靠性与功能性，长期采用垂直集成的系统，设备软硬件高度集中，使得运营商对品牌交换设备形成了很强的路径依赖。由于厂商设备间兼容性较差，一旦采纳特性品牌，增量建设受存量影响较大。 这种方案与产品受制于品牌设备商的局面，也相当程度影响了运营商进行大范围系统性建设的决心，2013年以来电信网数通产品的全球规模未见明显增长。 图表2. 历年电信网路由交换设备全球规模和变动趋势 数据通信市场的规模变化与无线接入网的升级换之间表现出较强的相关性：2005年起3G网络全球布设，数据业务拉动相对滞后的交换设备需求迅猛增长，保持15%到20%的高增速直到2018年。2009年正全球新建4G商用网，国内发布3G牌照，流量爆发进一步刺激了交换设备需求，在后面三年又出现了明显增长。从2013到2016年全球规模保持已稳定在1000亿元以上。 我们预计到2020年5G商用，IP承载网建设仍将伴随流量激增而快速持续，5G核心网SAB架构对IP承载能力提出了新需求，全球规模将稳定增长，在2020年此类设备开支有望超过1,200亿元。
图表3. 历年电信网路由器市场格局（亿美元）
-0.50%0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%4.00%4.50%5.00%0204060801001201401601802002012201320142015201620172018E2019E2020E2021E实际规模（亿美元） 预测规模（亿美元） 增长率
020406080100120140160180201220132014201520162017OthersZteNokiaJuniperHuaweiCiscowww.767stock.com 电信网交换设备厂商份额高度集中，前4强占据近90%的份额，在过去十年中一直保持，近年大厂商之间的份额互有消长，但垄断格局未见大的改变： Cisco份额从2009年起出现较明显下降，从45%降至目前近35%的水平，并且下行趋势仍在延续；Huawei增长最为明显，2008年尚不足10%，到2016年已超过20%，在亚太、欧洲、中东和非洲发展势头迅猛，仍呈现出上升趋势；Juniper和Nokia份额相对稳定，均维持在15%左右水平。受益于中国宽带建设的大力投入，中兴从2014年起，份额显著提升至5%左右，有望基于国内市场进一步获得发展。
图表4. 全球交换设备（路由器+交换机）市场规模
由于电信网交换设备通常涉及跨网络转发，强调路由功能，通常被称之为路由器市场，除此之外的以太网交换机市场，称为交换机以示区分。以太网交换机全球规模近年保持在250亿美元以上，2017年已突破270亿，通常面向数据中心和企业网，包含传统IT和云架构，是最大的交换机应用市场。由于对可靠性和网络复杂度要求降低，以太网交换机参与的玩家更多，格局也更富于变化。
0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00450.00500.0020132014201520162017路由器（亿美元） 交换机（亿美元） 图表5. 全球以太网交换机市场份额（亿美元） 在以太网交换机市场中，Cisco仍在占据主导，2017年份额51.24%，但比较5年前接近60%的份额已经明显下滑；华为份额提升最为明显，从2013年1.67%的占比提升至2017年的7.77%，年复合增速51.83%；新锐Arista份额表现也十分抢眼，从2013年的1.29%到2017年已经升至5.21%，年均复合增速46.54%； HP份额滑落明显，已接近Arista水平；而Juniper则稳中有升。
由于电信网是相对封闭的体系，对于功能和可靠性要求极高，历史遗留导致系统软硬件强耦合，我们判断，相当一段时间电信网路由器市场仍是主设备玩家的天地，所变无非是份额的此消彼长。即令出现IT化能力转型，能够实在受益的也只能是主设备厂商，因为他们具备电信网方案把控力，并且和运营商建立了深度互信。 我们所讨论的变化，主要是针对以太网内的交换设备，尤其从云计算对数据中心设备的影响溯源，分析网络的云化对交换设备的冲击，对产业链主要参与方的裂变和前景进行剖析和预判。
05010015020025030020132014201520162017OthersH3CJuniperHuaweiHPCiscoArista Google云网络成功实践，交换设备开启软硬件分离 交换机定制化始于2005年，之前包括Google在内，在寻求Dell、HP和Cisco等厂商订购产品，甚至在构架设计都是按企业网传统IT架构的思路进行的。
图表6. Google拥有全球性大规模网络，为云化实践创造了基础和需求
互联网业务爆发，企业网的传统IT架构逐渐显露出局限和问题，其中网络交换机的设计不合理尤显突出。Google的数据中心分布全球，用Cisco和Juniper的路由器相互连接，涉及到跨洋的光线路筹建成本，带宽相应也十分高昂。当时观察到带宽利用率却极不平衡：部分线路高达80%，其余可能低至20%，总体平均在20~30%之间。 通过梳理全球数据流量的动态分布，Google提出了动态调度链路资源的方案思路。但交换设备大厂系统是封闭的，缺乏响应该需求的意愿。Google转而聘用了Cisco的核心工程师在路由器到公网的出口间添加了定制的交换设备，功能仅需要满足流量调配即可，这就是后来被解密的B4网络的起点。 图表7. Google B4网络采用SDN架构重构组网 Google的网络分为两部分，开始变革的是面向Internet用户访问的网络（I-Scale Network），包括数据中心间的互联；后续逐步对面向数据中心内互联的内部网络（G-Scale Network）改进。 Google很快意识到在IDC内完全无需考虑像企业网的复杂树型结构，通过对数十万服务器扁平化构建，完全可以在业务可控的前提下，简化网络和交换机功能，极大提升整网效率。于是将B4 WAN的模式延伸到IDC内部，通过自主研发软件、把握应用控制、完成硬件设计后找厂家代工，节省了大量原本分配给交换机大厂商的品牌溢价。
图表8. B4网络运营效果
www.767stock.com Google的B4项目取得了空前成功，从披露的数据看，整体链路带宽利用率提高了3倍以上接近100%，且实现高优先级业务流零丢包率，且能基于监测对每条流精细化控制。 随后，Google启动了Jupiter项目对数据中心内部改造，其核心依然是通过白盒交换机组合支撑数据中心高密度互联，后成为Google第五代数据中心架构。Jupiter使用OpenFlow对接控制器，将IDC和WAN在逻辑上抽象成一张网，从而可明确流量走向。同时进一步精简了白盒交换机特性，压缩了开发周期。 B4网络的建成，大幅提升了Google网络带宽利用率、网络质量和成本控制水平。作为北美MSDT云化改造的标杆，可以说Google开创了整个数通交换机的产业变革。
图表9. Google具备的天时地利人和，促成了MSDT的开放网络取得空前成功
此后，互联网业务进一步倒逼数据中心从传统架构向云计算架构转型，网络设备瓶颈凸显，孕育出更为普遍的流量调度的需求。而品牌厂商不愿打破自身倚重的软硬件集成体系，客观上推动了大型ICP走向自主；另外，大型ICP具备跨全球的网络规模，充沛的流量需求和明显的经济效益能够支撑起这一全新的产业方向；最终，品牌厂商长期的人才积累也是重要原因，核心工程师能够在短时间促成技术上的收敛和体系成熟。 虽然最初是为了化解链路负载不均衡引入的高带宽成本问题，但这种软硬件分离，按需开发软件，拟定配套硬件的方式成为交换机产业的一大创举。更多ICP甚至企业客户开始关注其对IT投资效益的提升和对品牌溢价的削弱，云网络的概念呼之欲出。 www.767stock.com