14核心要點交換機—用于電光信號轉發的網絡設備，可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。從廣義上來分析，即在通信系統里實現信息交換功能的設備。交換機按照應用場景分類，可以分為商用交換機和工業交換機；商用交換機按照應用場景分類，又可以分為企業網交換機（SMB交換機）、園區交換機和數據中心交換機。據IDC數據，2022年，全球交換機市場規模為3080億元，同比增長17%，預測2022-2027年CAGR約為4.6%；中國交換機市場規模為591億元，同比增長9.5%，預計未來5年增速高于全球增速，穩定在7%-9%。交換機行業集中度較高，AI催化下高速率交換機占比將持續提升。據IDC數據，思科、華為、新華三等少數幾家企業占據絕大部分市場份額，CR5超過70%。思科、博2通等近期發布高速率以太網方案應對AI需求，華為、新華三近期也發布了支持800G的數據中心交換機新品，以面對AI智算需求發展。美國商務部宣布限制向中國出售先進AI芯片，限制英偉達A800和H800等出口。新禁令公布后30天生效，并進一步將更多參與研發AI芯片的中國公司列入清單。以昇騰910B為代表的華為AI算力芯片，技術方面硬件指標逼近英偉達A100/800，生態建設領先，有望在未來獨挑大梁。交換機代工廠菲菱科思、共進股份等有望受益于芯片國產替代紅利。相關標的：交換機代工廠商菲菱科思、共進股份等；工業交換機三旺通信、東土科技等。風險提示：AI應用發展不及預期的風險；上游芯片供應緊缺風險；市場競爭加劇風險等。2目 錄一、交換機概述二、交換機行業分析三、交換機重點公司分析交換機定義及分類交換機構成交換機的技術原理及性能指標交換機應用場景交換機產業鏈31.1

交換機定義及分類數據來源：CSDN，西南證券整理定義：交換機（Switch）意為“開關”，是一種用于電（光）信號轉發的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。從廣義上來分析，在通信系統里對于信息交換功能實現的設備，就是交換機。最常見的交換機是以太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。交換式集線器又稱為以太網交換機、二層交換機（表明此交換機工作在數據鏈路層），或直接簡稱為交換機。交換是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。盒式交換機 機框式交換機按照硬件形態劃分：盒式交換機：是一種有固定端口數，有時也會帶有少量擴展槽的交換機。機框式交換機：是一種插槽式的交換機，這種交換機擴展性

較好，可支持不同的網絡類型，可支持更大端口密度的網絡。41.1

交換機定義及分類按照OSI劃分：二層交換機：基于MAC地址工作的第二層交換機最為普遍，用于網絡接入層和匯聚層。三層交換機：基于P地址和協議進行交換的第三層交換機應用于網絡的核心層，也少量應用于匯聚層。部分第三層交換機也同時具有第四層交換功能，可以根據數據幀的協議端口信息進行目標端口判斷。四層交換機：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據MAC地址（第二層網橋）或源/目標P地址（第三層路由)，而且依據TCP/UDP(第四層)應用端口號。第四層交換功能就象是虛IP,指向物理服務器。它所傳輸的業務服從各種各樣的協議，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協議。這些業務在物理服務器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。四層以上交換機：第四層以上的交換機稱之為應用型交換機，主要用于互聯網數據中心。按照網絡層次劃分：接入層交換機：一般是固定配置的交換機，端口密度較大，具有較高的接入能力，以10/100M端口為主，以固定端口或擴展槽方式提供1000Mbps的上聯端口。核心層交換機：一般采用機箱式模塊化設計，機箱中可承載管理模塊、光端口模塊、高速電口模塊、電源等，具有很高的背板容量；匯聚層交換機：可以是機箱式模塊化交換機，也可以是固定配置的交換機，具有較高的接入能力和帶寬，一般會包含光端口、高速電口等端口；按照應用區域劃分：廣域的交換機：是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備，它應用在數據鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平臺；局域網交換機：應用于局域網絡，用于連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。數據來源：CSDN，西南證券整理OSI七層結構（可劃分為四層）51.2

交換機構成數據來源：思科官網，CSDN，西南證券整理從硬件結構來看，交換機由機殼、電源、風扇、背板、管理引擎、系統控制器、交換模塊、線卡構成。機殼是交換機的外殼，用于保護內部電子元器件，某些交換機采用金屬機殼，可防止磁場對交換機的干擾。風扇用于對交換機散熱，保證交換機內部溫度處于正常區間，保障交換機長期穩定運行。電源包含外置電源、內置電源兩種方式，外置電源可提供靈活電源配置。框式交換機中的背板是用于連接管理引擎、交換模塊、線卡等部分的一塊PCB板。管理引擎：管理引擎上有配置口，屬于串行接口，可通過串口線纜和計算機連接，用于對交換機的管理及配置操作。系統控制器：負責控制電源和風扇。線卡：可用于配置以太網接口，通過以太網接口與計算機或其他硬件設備連接，用于數據傳輸。交換模塊：負責不同接口之間的數據轉發和交換，交換單元采用高性能ASIC芯片。

盒式、框式交換機外觀

交換機結構 61.2.1

交換機交換架構業界主流的三種架構：Full-MESH架構；CROSSBAR架構；CLOS架構。目前主流的高端核心交換機大部分采用CLOS架構。數據來源：公司官網，CSDN，西南證券整理Full-MeshCrossbarCLOS分類無緩存緩存非正交背板正交背板正交零背板硬件架構無交換網板；線卡之間通過背板走線連接單平面交換；集中調度；交叉點無緩存單平面交換；分布式調度；交叉點有緩存多平面交換；線卡和交換網板平行；背板長走線多平面交換；線卡和交換網卡正交；背板短走線多平面交換；線卡和交換網板正交；無背板無走線功能特點受限于背板帶寬和連接總數，可擴展性差；背板帶寬是瓶頸隨端口數增加，交叉點數量呈幾何增長；系統容量大時，仲裁器易形成瓶頸隨端口數增加，交叉點數量呈幾何增長；調度算法復雜度限制擴展背板限制帶寬擴展且無法實現直通數據；走線帶來信號衰減；基于Cell的動態負載均衡實現無阻塞背板限制帶寬擴展且無法實現直通數據；基于Cell的動態負載均衡實現無阻塞帶寬擴展更換相應網板即可；無背板設計實現交換機直通散熱；基于Cell的動態負載均衡實現無阻塞適用設備低密度槽位高密度槽位；可面向未來1~3年發展高密度槽位；可面向未來1~3年發展高密度槽位；可面向未來10年擴展業界典范思科N7004華為S7703/S9303/S9703銳捷N18007/S8605E/S8607E/S7505C思科N7K系列（N7004除外）華為S7700/S9300/S9700系列（3槽/10槽除外）新華三S75E/S10506/S10510/S7506E-X/S7510E-X（不配獨立的FE時就是Crossbar架構）銳捷S12000/S8600/S7808C華為CE12800系列新華三S12500-X/S12500-X-AF系列銳捷N18000+C類交換網板/N18000-X系列71.2.2

基于CLOS架構的交換網板設計圖（1）：非正交結構 圖（2）：正交結構 圖（3）：無背板架構線卡A線卡B背板芯片交換模塊三種交換網板設計：①非正交結構/平行結構：線卡與交換模板平行，二者通過在背板上走線連接。華為的交換機使用非正交設計。缺點：PCB背板走線帶來信號干擾、背板設計限制寬帶升級、散熱難度大。②正交結構：線卡和交換模塊垂直，通過背板直接連接，該設計減少了背板走線帶來的信號衰減，但是限制了帶寬升級，思科使用正交結構。③無背板架構：線卡和交換模塊垂直連接，解除了背板對寬帶升級的限制，容易散熱。交換模塊作用機制：線卡A到線卡B的數據傳輸路徑為：線卡A→背板→交換模塊→交換芯片→背板→線卡B。交換模塊通過內部芯片，識別MAC地址，并將MAC地址和對應的線卡端口對應，從而將數據轉發至目的端口。

三種交換模塊架構設計

數據交換方式 數據來源：CSDN，知乎，西南證券整理81.3

交換機的技術原理交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網段（注：非IP網段），連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發數據幀功能的網絡設備。交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數據鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少沖突域。數據來源：CSDN，西南證券整理（見左圖）交換機工作流程：以太網連接的端口，可以連接多種網絡設備主機A、B、C和D；將連接到交換機的設備的MAC地址存儲到一張表；當主機A和主機C想通信時，主機A會發送數據包到交換機，交換機只會發送給主機C，如左圖，主機A發送數據包給主機C，交換機識別出主機C的MAC地址，將數據包轉發到主機C連接的端口，只有主機C能收到數據包。

交換機工作流程 91.3.1

交換機、集線器和路由器的區別數據來源：CSDN，知乎，51CTO博客，西南證券整理交換機集線器路由器工作原理創造網絡；檢測到連接交換機的具體設備；含有一個已連接設備的MAC地址與端口映射表，識別MAC地址創造網絡；只檢測物理上連接到它的所有設備；無MAC地址和端口映射表；連接網絡；連接不同的網絡，促使不同網絡的主機完成通信；識別IP地址工作方式能夠隔離沖突域并有效地抑制廣播風暴的產生是一種廣播模式，所有端口都能夠收聽到信息，容易產生廣播風暴數據傳輸通過交換的方式進行的數據傳輸；數據帶寬具有獨享性利用共享的方式來對數據進行傳輸；沒有控制功能，因此所有終端共享帶寬僅傳輸數據OSI體系結構屬于OSI的第二層數據鏈路層設備；對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用；可以過濾短幀、碎片等屬于第一層物理層設備；對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用屬于OSI第三層即網絡層設備；根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生集線器僅僅知道端口上是否連接了設備，經過集線器傳輸的數據包，所有設備都能接收到，如右圖，當主機A發送數據包給主機C時，主機B和D都能接收到數據；路由器用于連接兩個網絡（如右圖），他們有自己唯一的網絡地址，有各自的路由器1和路由器2，和交換機A和交換機B以及主機在各自網絡內部交換數據。路由器可以使得不同網絡之間實現數據傳輸。集線器工作流程路由器工作流程交換機A交換機B路由器2路由器1101.3.2

交換機性能指標數據來源：CSDN，網絡技術聯盟站公眾號，西南證券整理假設：端口數量=車道數；背板帶寬=馬路上單位時間內通過的車的數量；交換容量=十字路口指揮者在單位時間內能指揮多少輛車安全無阻礙通過路口。如果單位時間內，馬路上最多能跑1000輛汽車，并且十字路口指揮者指揮能力足夠強，則在有十字路口的馬路上最多可以跑1000輛汽車，相當于交換機達到線速指標。然而如果十字路口指揮者指揮能力不足，單位時間只能指揮500輛車順利通過，則有十字路口的馬路上最多只能順利跑500輛汽車，未達到線速指標要達到線速指標，即按數據傳輸速度實現無阻塞的數據交換，在全雙工端口下需滿足：背板帶寬≥端口數×端口速率×2；同時交換容量≥端口數×端口速率。目前采用交換矩陣的交換機一般都能達到線速指標，如思科采用使用交換矩陣模塊。一般來說，背板帶寬意義較小，而交換容量、包轉發率是體現了交換機性能的關鍵指標。指標定義及介紹

端口速率 背板帶寬是交換機能吞吐的最大數據量，決定了板卡與交換模塊間連接帶寬的上限，單位為Gbps。固定端口交換機的背板帶寬和交換容量相等，而模塊交換機（具備可擴展插槽，可改變端口數量）與交換容量不一定相等。線卡線卡 單工：端口總速率=端口數線卡 量×端口速率線卡 全雙工：端口總速率=端口數線卡 量×端口速率×2線卡背板帶寬端口速率端口的數據傳輸速度，以bps為單位。百兆端口（100Mbps）用于家庭和辦公網絡，用于連接計算機、打印機。千兆端口（1Gbps）用于企業網絡，用于連接服務器、高速工作站等。萬兆端口（10Gbps）用于數據中心或大規模企業網絡。交換容量衡量交換模塊性能的指標，代表交換模塊的轉發速率，以bps為單位。交換容量用于表示二層（鏈路層）交換能力。包轉發率衡量交換模塊性能的指標，與交換容量類似，表示三層路由轉發性能，單位為pps。線速下的總吞吐量（Mpps）=萬兆端口數量×14.88Mpps+千兆端口數量×1.488Mpps+百兆端口數量×0.1488Mpps。轉發表項容量代表設備所能承載的用戶數量。比如：“MAC地址表項32K”

表示該交換機最多承載3.2萬個二層用戶地址。111.4

交換機應用場景按照交換機的應用場景分類：商用交換機和工業交換機。商用交換機按照應用場景分類：企業網交換機（SMB交換機）、園區交換機、數據中心交換機。SMB交換機園區交換機數據中心交換機SMB交換機是指中小企業交換機，sm

a

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edbusiness。這種交換機是相對于一些大型、高端的交換機而言的。SMB交換機支持常用的二層協議，但是性能和接口數量都弱一些。應用場景：中小企業和網管業務園區交換機是用于園區或者辦公樓宇等小型網絡環境的交換機，主要連接辦公設備。應用場景：辦公樓宇網絡：園區交換機提供了連接辦公設備的解決方案，滿足辦公樓宇網絡的基本需求；小型企業網絡：對于規模較小的企業網絡，園區交換機是經濟實惠且滿足基本需求的選項；教育機構和醫療機構：園區交換機適用于學校、大學、醫院等環境中的網絡連接需求；小型商業園區：在商業園區中，園區交換機提供了連接辦公室和商鋪設備的網絡支持。數據中心交換機是專門為大型數據中心環境設計的交換機。數據中心用于存儲和管理大量的計算機和服務器，并處理海量的數據，提供高性能計算和云服務。應用場景：大型數據中心：數據中心交換機能夠滿足高性能計算、大數據處理和云服務等對網絡性能和可靠性的高要求；企業級網絡：對于大規模的企業網絡，數據中心交換機提供了可擴展性和高度靈活性的解決方案高負載環境：在需要處理大量網絡流量和復雜網絡管理的環境中，數據中心交換機能夠提供高吞吐量和流量控制的功能數據來源：知乎，

西南證券整理121.4.1

園區交換機介紹應用場景：辦公樓宇網絡：園區交換機提供了連接辦公設備的解決方案，滿足辦公樓宇網絡的基本需求；小型企業網絡：對于規模較小的企業網絡，園區交換機是經濟實惠且滿足基本需求的選項；教育機構和醫療機構：園區交換機適用于學校、大學、醫院等環境中的網絡連接需求；小型商業園區：在商業園區中，園區交換機提供了連接辦公室和商鋪設備的網絡支持。數據來源：CSDN，西南證券整理園區交換機數據中心交換機網絡規模小型辦公樓宇、園區大型數據中心端口數量極少端口大量端口性能要求適中性能、較低延遲高性能、低延遲可擴展性適度可擴展高度可擴展可靠性和冗余性基本可靠性和冗余性高可靠性和冗余性網絡管理功能簡化的網絡管理功能復雜的網絡管理功能適用場景辦公樓宇、園區、小型企業網絡大型數據中心、企業網絡交換容量幾十

Gbps

到幾十

Tbps

不等幾百Tbps

到幾千

Tbps

不等包轉發率幾十

Mpps

到幾千

Mpps

不等幾千

Mpps

到幾十萬

Mpps

不等園區網的網絡層次采用業界成熟的三層架構：接入交換機：接入層交換機一般部署在樓道的網絡機柜中，接入園區網用戶（PC機或服務器），提供二層交換機功能，也支持三層接入功能（接入交換機為三層交換機）。由于接入層交換機直接接園區網用戶，根據用戶接入信息點數目和類型（GE/FE），對接入交換機的GE/FE接口密度有較高的要求。另外接入交換機部署在樓道網絡機柜，數量大，對于成本、功耗和易管理維護等特性要求較高。匯聚交換機：園區匯聚層交換機一般部署在樓宇獨立的網絡匯聚機柜中，匯聚園區接入交換機的流量，一般提供三層交換機功能，匯聚層交換機作為園區網的網關，終結園區網用戶的二層流量，進行三層轉發。根據需要，可以在匯聚交換機上集成增值業務板卡（如防火墻，負載均衡器、WLAN

AC控制器）或者旁掛獨立的增值業務設備，為園區網用戶提供增值業務。核心交換機：園區核心層交換機部署在園區核心機房中，匯聚各樓宇/區域之間的用戶流量，提供三層交換機功能，連接園區外部網絡到內部用戶的“縱向流量”和不同匯聚區域用戶之間的“橫向流量”要求高密10GE、高轉發性能。131.4.2

數據中心交換機——傳統三層結構；數據中心交換機網絡拓撲結構：傳統三層網絡架構：包括數據中心與外部運營商互聯的核心交換層，接入層，以及將連接兩者實現數據聚合的匯聚層。，現今的數據中心網絡主要分為三層拓撲結構。接入交換機物理連接服務器；匯聚交換機連接同一個二層網絡（VLAN）下的接入交換機，同時提供其他的服務，例如防火墻，SSL

offload，入侵檢測，網絡分析等，

它可以是二層交換機也可以是三層交換機；核心交換機為進出數據中心的包提供高速的轉發，為多個二層局域網（VLAN）提供連接性，核心交換機為通常為整個網絡提供一個彈性的三層網絡。弊端：①帶寬的浪費：為了防止環路，匯聚層和接入層之間通常會運行STP協議，使得接入交換機的上聯鏈路中實際承載流量的只有一條，而其他上行鏈路將被阻塞（如圖中虛線所示），造成了帶寬的浪費；②故障域較大：STP協議由于其本身的算法，在網絡拓撲發生變更時需要重新收斂，容易發生故障，從而影響整個VLAN的網絡；③難以適應超大規模網絡：在云計算領域，網絡規模擴大，數據中心也分布在不同的地理位置，虛擬機要求能在任意地點創建，遷移，而保持其網絡屬性（IP,

網關等）保持不變，需要支持大二層網絡，在上圖的拓撲中，無法在VLAN10和VLAN20之間作上述遷移④傳統架構下，當存在大量東西向流量時，匯聚交換機和核心交換機的壓力會大大增加，網絡規模和性能也就限制在了匯聚層和核心層。要支持大規模的網絡，就必須有性能最好，端口密度最大的匯聚層核心層設備，這樣的設備成本高，不是所有企業都買得起，且必須在建設網絡時就預先規劃好網絡規模，在網絡規模小時，會造成資源的浪費，在網絡規模繼續擴大時，擴容也比較困難，因而讓企事業單位陷入了成本和可擴展性的兩難選擇之中。數據來源：CSDN，百家號，西南證券整理數據中心傳統三層結構核心層匯聚層接入層141.4.2

數據中心交換機——葉脊結構葉脊結構（分布式核心網絡）架構：Spine-Leaf

網絡架構，也稱為分布式核心網絡，由于這種網絡架構來源于交換機內部的

Switch

Fabric，因此也被稱為Fabric

網絡架構，同屬于

CLOS

網絡模型。事實已經證明，Spine-Leaf

網絡架構可以提供高帶寬、低延遲、非阻塞的服務器到服務器連接。數據來源：CSDN，百家號，西南證券整理數據中心網絡拓撲結構由Spine和Leaf這兩個交換層組成Leaf層由訪問交換機組成，匯聚來自服務器的流量，并直接連接到Spine或網絡核心。Spine交換機在全網格拓撲中互連所有Leaf交換機。上圖中，綠色節點代表交換機，灰色節點代表服務器。在綠色節點中，最上面的是Spine節點，下面是Leaf節點。Spine-Leaf架構更適合滿足現代應用程序的需求扁平化：扁平化設計縮短服務器之間的通信路徑，從而降低延遲，可以顯著提高應用程序和服務性能。易擴展：如果

Spine

交換機的帶寬不足，我們只需要增加

Spine

節點數，也可以提供路徑上的負載均衡；如果接入連接不足，則只需增加Leaf

節點數。低收斂比：容易實現

1:X

甚至是無阻塞的

1:1

的收斂比，而且通過增加

Spine

和

Leaf

設備間的鏈路帶寬也可以降低鏈路收斂比。簡化管理：葉脊結構可以在無環路環境中使用全網格中的每個鏈路并進行負載平衡，這種等價多路徑設計，在使用

SDN

等集中式網絡管理平臺時處于最佳狀態。邊緣流量處理：隨著物聯網（IoT）等業務的興起，接入層壓力劇增，可能有數千個傳感器和設備在網絡邊緣連接并產生大量流量。Leaf

可以在接入層處理連接，Spine

保證節點內的任意兩個端口之間提供延遲非常低的無阻塞性能，從而實現從接入到云平臺的敏捷服務。多云管理：數據中心或云之間通過Leaf

Spine

架構仍可以實現高性能、高容錯等優勢，而多云管理策略也逐漸成為企業的必選項。數據中心葉脊結構151.4.3

工業級交換機定義和應用場景電力行業交通領域新能源行業綜合管廊

工業交換機四大應用場景 工業交換機運用于電力企業時，會集中化運用于包含熱電廠、風能發電、電力網基本建設三個行業。在大中型熱電廠中，伴隨著電氣設備的增加和自動化技術全過程的復雜，對輔控機器設備的數據收集和監測的需求也日益嚴苛，大中型火電站的定額比例法生產車間都由水系、煤網、灰網構成，通稱輔網。每一網都能夠單獨變成一個系統，每一個基準點相對性分散化比如對發電廠自來水、煤、灰的處置中。針對這種生產制造網而言，都必須同幾臺網絡交換機承擔控制室、技術工程師站和維護系統、勵磁調節器系統、生產調度系統等部位的網絡冗余通信。交通出行領域是工業交換機第二大運用領域。近些年，鐵路、城市城市軌道項目投資不斷提升，道路等交通出行行業智能化系統和信息化水平進一步加重，交通出行領域工業交換機銷售市場維持連續的快速提高。工業交換機在地鐵站中的使用主要是在PIS(旅客信息)系統，AFC(全自動售驗票)系統和ISCS(綜合性監管)系統。關鍵使用在中間主控室、地鐵站專用型通訊安全通道、地鐵站監控系統及地鐵站上的信息終端設備上；關鍵在鐵路新創建互聯網一部分及傳統式路線互聯網更新改造，一樣也是用在鐵路信號操縱，火車編隊，鐵路線開關電源監管，鐵路線AFC(全自動售驗票)等系統中，再加上火車車截互聯網部位的運用。伴隨著中國太陽能發電/風力發電產業鏈快速的發展趨勢，規模化的太陽能發電/風力發電發電廠在我國逐漸相繼修建和交付使用。太陽能發電站中涉及的監控系統類型較多，包含太陽能發電系統有關的太陽能發電組串逆變電源、環境檢測儀；智能安防設備、保護設備、計量檢定設備等。光伏電站監管系統對發電廠運作時一些主要參數實現檢測，立即操縱逆變電源的運作情況，獲得發電廠中其它設施的工作環境并操縱這種機器設備，達到電力網生產調度系統對發電廠的實時監控系統規定。風力發電互聯網系統總體互聯網，關鍵傳送業務流程有電力工程SCADA、線上震動檢驗系統，離心風機主控芯片系統、發動機變槳操縱系統等，在核心主機房根據以太網接口互聯網來實時監控系統每強臺風機運行狀態和操縱離心風機槳葉方位和戶外監管。伴隨著中國城鎮化發展水準的持續提升

，伴隨著綜合管廊基本建設的持續推進，綜合管廊資金投入執行后所造成的監管經營維護保養難題亦變成了綜合管廊基本建設及經營部門的聚焦點，“城市地底綜合管廊運維服務系統”根據GIS的數據可視化綜合性集成化服務平臺，是城市綜合管廊關鍵運用系統的關鍵構成部分，關鍵包含對管廊內部自然環境（溫度濕度、易燃氣體、有害氣體、存水狀況等的檢測），管廊通道及里面的視頻監控系統，管廊排風系統系統的監管，管廊照明燈具系統的監管等。工業交換機，也稱之為工業以太網交換機，即廣泛應用在工業控制系統領域內的工業交換機設備，因為所采用的網絡標準其開放性好、用途廣泛，適應于低溫高溫，抗電磁干擾強，防鹽霧，抗震性能強。其使用的是透明而統一的TCP/IP協議，以太網已經是工業控制系統領域內的主要通信標準。工業交換機具備電信級性能特征，可承受苛刻的工作環境。產品系列豐富多彩，端口配置靈活，可以滿足各類工業領域的應用需要。產品選用寬溫設計，防護等級不低于IP30，支持標準及私域的環網冗余協議。數據來源：CSDN，西南證券整理161.4.4

工業交換機和商用交換機設計區別數據來源：CSDN，知乎，西南證券整理項目工業交換機商業交換機環境適應性氣候環境可靠性耐溫范圍：-40-85℃；4%-100%濕度；防霉防潮防鹽霧。耐溫范圍：0-55℃；10%-90%濕度；無防霉防潮防腐機械環境可靠性防摔、防震包裝防摔電磁環境可靠性工業三級、四級標準最高工業三級高海拔環境可靠性支持海拔5km2km以下功能可用性預知和告警功能支持事件預知；支持告警功能。無事件預知；無告警功能。冗余設計電源冗余；存儲冗余；支持冗余組網。單電源；單存儲；星型組網。使用壽命10年以上3-5年設計區別器件選型工業級高品質器件；30%以上障額商業級器件；10%以上降額電磁防護高等級防護；多級防護；電磁屏蔽。普通防護；單級防護；無電磁屏蔽。冗余設計電源冗余；數據存儲冗余。單電源；單存儲。結構設計一般使用鋁合金外殼；高可靠安裝：采用卡軌式、機架式和異形結構；高IP防護：IP30-IP67；自然散熱要求：密閉設計和適應各種安裝環境。一般使用塑殼或者鈑金；安裝方式：桌面式、機架式和手持；低IP防護：IP20-IP30；散熱要求：開孔散熱和需要優良安裝環境。和商用交換機的區別相比：以太網在設計的時候，因其選用載波通信監聽時分復用沖突檢測（CSMA/CD機制），在繁雜的工業生產環境中運用，其穩定性大幅度降低，進而導致以太網無法使用。工業交換機選用存儲轉換交換方式，同時提高以太網通信速度（支持更高的數據傳輸速度，如千兆以太網（1

Gbps）或萬兆以太網（10Gbps）。），而且內置智能報警設計監控網絡運行狀況，使得在極端危險的工業生產環境中確保以太網可靠穩定的運行。171.4.5

工業交換機認證要求名稱認證內容防霉防潮防腐認證GJB-150濕熱試驗：濕熱試驗是航空、汽車、家電、科研等領域常規的測試項目，用于測試和確定電工、電子及其他產品及材料進行高溫、低溫、交變濕熱或恒定試驗的溫度環境變化后的參數及性能；恒定濕熱試驗的溫度環境變化后的參數及性能。GJB-150霉菌試驗：霉菌試驗是檢測產品抗霉菌的能力和在有利于霉菌生長的條件下（即高濕溫暖的環境中和有無機鹽存在的條件下），設備是否受到霉菌的有害影響。GJB-150鹽霧試驗：鹽霧試驗是一種主要利用鹽霧試驗設備所創造的人工模擬鹽霧環境條件來考核產品或金屬材料的耐鹽霧腐蝕質量，而鹽霧試驗結果判定是否正確合理，是正確衡量產品或金屬抗鹽霧腐蝕質量的關鍵。鹽霧試驗結果判定方法有：評級判定法、稱重判定法、腐蝕物出現判定法、腐蝕數據統計分析法。CCC國家認證中國強制性產品認證制度，要求工業交換機符合中國國家安全、衛生、環保等相關標準。EMC認證工業交換機應通過電磁兼容測試（Electromagnetic

Compatibility），保證其在不同的電磁環境下都可以正常工作，并且不會對其他設備造成干擾。其中軌道交通EMC標準EN50155：2017適用于安裝在鐵路車輛上的所有控制、調節、保護、診斷、能源供應等電子設備。在EN

50155：2017標準中，所有EMC測試均按照EN

50121-3-2標準進行。根據EN

50121-3-2的要求，EMC測試分為發射測試（Emission

Test）和免疫要求（Immunity

requirements）兩部分。中國防爆認證中國防爆認證是國家對使用于爆炸性場所的防爆產品（包括電氣產品和非電氣產品）進行的一項符合性的檢驗，對符合國家GB3836標準的防爆產品出具防爆合格證。目前中國的防爆認證標準基本等同于國際IEC60079標準體系。煤安認證煤安認證是煤礦安全認證的簡稱。2007年國家經貿委和煤礦安全監察局發布了《煤礦礦用產品安全標志暫行辦法》等文件，對井工煤礦用設備、儀器、儀表等設施實行安全生產認證制度，有效地遏制了偽劣產品進入井下。國際認證UL、CE、FCC、RoHS、REACH、IRIS；以及國際防爆認證：國際IECE認證，歐盟ATEX認證和北美防爆認證等工業交換機因為應用及市場定位的關聯，差別于普通交換機，它更關心可靠性，穩定性，耐熱，耐震動，抗腐蝕等一些工業生產特點。工業生產以太網交換機因其較高的防護等級（一般IP40)、較強的電磁兼容性（EMS

四級）、好的工作特性而運用在一些自然環境標準嚴格的制造業當場，為工業生產通訊給予充分的確保。數據來源：CSDN

，ITPUB博客，知乎，西南證券整理181.5

交換機產業鏈中游：交換機生產下游數據來源：公司官網，西南證券整理電信運營商商用交換機交換機代工工業交換機云服務供應商IDC數據中心上游：芯片和元件以太網交換芯片和CPU/PHY芯片電子元器件等光模塊光芯片交換機產業鏈上游主要包括芯片、元器件、光模塊、電路板、電源模塊和結構件等元件；中游按照終端應用場景，可分為無管理交換機、二層管理交換機、三層管理交換機、PoE交換機、工業交換機和數據中心交換機等；下游應用于電信運營、云服務、數據中心等領域。19目 錄一、交換機概述二、交換機行業分析政策介紹市場規模及競爭格局交換機技術趨勢以太網交換機VSIB交換機三、交換機重點公司分析20數據來源：中國政府網，工信部，發改委，

西南證券整理2.1

政策介紹日期文件名稱機構核心要點2023.02《數字中國建設整體布局規劃》中共中央、國務院政務數字化智能化水平明顯提升，打通數字基礎設施大動脈。加快5G網絡與千兆光網協同建設，深入推進IPv6規模部署和應用，系統優化算力基礎設施布局，促進東西部算力高效互補和協同聯動，引導通用數據中心、超算中心、智能計算中心、邊緣數據中心等合理梯次布局整體提升應用基礎設施水平，加強傳統基礎

設施數字化、智能化改造。2022.02《政府工作報告》國務院加強數字中國建設整體布局。建設數字信息基礎設施，逐步構建全國一體化大數據中心體系，推進5G規模化應用，促進產業數字化轉型，發展智慧城市、數字鄉村。加快發展工業互聯網，培育壯大集成電路、人工智能等數字產業，提升關鍵軟硬件技術創新和供給能力。2022.02《國家發展改革委等部門關于同意京2022.02 津冀地區啟動建設全國一體化算力網絡國家樞紐節點的復函》等發改委等同意啟動八大算力樞紐節點建設并規劃十大數據中心集群，正式啟動東數西算工程。2022.01《“十四五”數字經濟發展規劃》國務院布局八大算力樞紐，推進云網協同，統籌算力和智能調度，建設綠色數據中心。2021.07《新型數據中心發展三年行動計劃(2021-2023年)》工信部計劃用三年時間形成與數字經濟相適應的新型數據中心發展格局，建設全國一體化算力網絡逐步降低電能利用效率。2021.05《全國一體化大數據中心協同創新體

系算力樞紐實施方案》發改委等建設全國一體化算力網絡樞紐節點，加強綠色數據中心建設，推動老舊基礎設施轉型升級。2020.12《關于加快構建全國

一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》發改委等到2025年，全國范圍內數據中心形成布局合理、綠色集約的一體化格局，圍繞京津冀等重點區域建設大數據中心樞紐節點，完善配套基礎設施，深化大數據應用創新。。，中共中央、工信部和發改委出臺政策支持，數字經濟需求提升，數字中國建設規劃得到加強。規劃到2035年，中國數字化發展水平進入世界前列，數字中國建設取得重大成就。數字中國建設體系化布局更加科學完備，經濟、政治、文化、社會、生態文明建設各領域數字化發展更加協調充分，有力支撐全面建設社會主義現代化國家。21數據來源：IDC，西南證券整理2.2

交換機市場規模全球市場規模：根據IDC數據，2022年，全球交換機市場規模為3080億元，同比增長17.0%。預計2023年可達3220億元，2027年可達3770億元，預測2022-2027年CAGR約為4.6%。中國市場規模：根據IDC數據，2022年中國交換機市場規模為591億元，同比增長9.5%，占全球交換機市場規模的19.2%；預計2023年可達645億元；預計未來5年增速高于全球增速，穩定在7.0%-9.0%，據測算，2027年中國交換機市場規模為878億元，占全球交換機市場規模的23.3%。全球交換機市場規模（億元）國內交換機市場規模（億元）3080.03770.00500100015002000250030003500400020222027E全球規模591.0878.0100090080070060050040030020010002022 2027E國內規模264.0335.010050015020040035030025020222027E園區1640.11849.915001550160016501700175018001850190020222027E園區22數據來源：IDC，

西南證券整理2.2.1

園區交換機市場規模全球規模：根據IDC數據，2022年全球園區企業交換機行業市場規模達到1640億元，同比增長14.9%，預計2027年達到1850億元，2022-2027年CAGR約為2.4%；Dell’Oro數據表明由于園區交換機大量的積壓釋放，以及伴隨更高的價格推動，

2023年Q1全球園區交換機銷售額增長了40.0%

，

且增長趨勢有望延續。國內規模：2020至今我國園區交換機市場規模穩定上升，2022年中國園區企業交換機行業市場規模達到264億元，預計2027年達到335億元，2022-2027年CAGR約為4.9%。分速率全球市場：低速率的園區企業交換機市場規模預計會下降，高速率的園區企業交換機市場規模預計穩健增長

。其中10G速率的園區企業交換機市場規模會從2022年的365億元預計上升至2027年的537億元，2022-2027年CAGR約為8.0%，占據大部分市場。國內市場：100Mb近幾年的規模大幅下降，1000Mb速率交換機規模持續上升，但預計未來市場規模會下降。全球園區交換機市場規模（億元）國內園區交換機市場規模（億元）1442.21918.00500100015002000250020222027E數據中心23數據來源：IDC，

西南證券整理2.2.2

數據中心交換機市場規模全球規模：根據IDC數據，

2022年全球市場達到1442億元，同比增長19.5%，預計2027年將達到1918億元，2022-2027年CAGR約為5.9%；全球市場增速開始為負后大幅度增加，2022年增速高達19.5%，預計未來5年增速會穩定在5.0%-7.0%。國內規模：根據IDC數據，

2022年中國市場達到247億元，同比增長12.7%，預計2027年將達到414億元，2022-2027年CAGR約為10.9%。中國市場增速2022年增速為12.7%，略低于全球增速，但預計未來5年增速增加穩定在8.0%-12.0%左右，明顯高于全球增速。分速率看：100G及以上會占據主導地位全球市場：10Gb、40Gb、100Gb速率數據中心交換機的市場規模預計未來市場規模會下降，200/400G速率的數據中心交換機的市場規模預計未來規模會大幅度提升，預計2027年的市場規模將達到913億元。國內市場：

10Gb、40Gb速率的數據中心交換機近幾年的規模不斷下降，且預計未來5年市場規模會進一步縮減；25Gb/50Gb、100Gb、200/400G速率的數據中心交換機預計未來規模會不斷提升。200/400GB型號的快速增長拉動全球數據中心用交換機市場規模快速增長，200/400GB型號預計從2022年23億美元增長到2027年127億美元，CAGR約為40.2%。全球數據中心交換機市場規模（億元）國內數據中心交換機市場規模（億元）不同速率數據中心交換機市場規模（億元）246.8414.3010020030040050020222027E數據中心78.0269.550025020015010030020222027E工業237.8337.305010015020025030035040020222027E工業24數據來源：IDC，西南證券整理2.2.3

工業交換機市場規模全球規模：根據IDC數據，2022年工業以太網交換機市場估值為238億元，2022-2027CAGR約為7.3%，預計工業以太網交換機市場價值將于2027年達到338億元。國內規模：根據IDC數據，2022年我國工業交換機市場規模為78億元，預計2023年我國工業交換機市場規模達近100億元，預計2025年市場規模超160億元，根據測算2027年可達270億元，2022-2027年CAGR約為28.2%。國際廠商仍然占據主要市場份額，國產廠商具備較大國產替代空間。全球工業交換機市場規模（億元）國內工業交換機市場規模（億元）252.2.4

交換機競爭格局國內明星產品介紹：華為：園區交換機：目前主要產品有CloudEngine

S6700系列交換機、S2700系列敏捷交換機、CloudEngine

S12700E系列交換機、CloudEngine

S5731-H系列光電混合交換機。數據中心交換機：目前主要產品有CloudEngine

16800系列數據中心交換機、CloudEngine

9800系列數據中心交換機、CloudEngine

8800系列數據中心交換機和CloudEngine

6800系列數據中心交換機。新華三：數據中心交換機：公司推出全球首款單芯片51.2T

800G

CPO硅光交換機，適用于AIGC集群或數據中心高性能核心交換等業務場景，以及800G標準交換機、DDC交換機、新一代智算AI核心交換機等多款全新一代數據中心交換機產品；工業交換機：發布自主研發設計的業界首款本安型萬兆工業以太網交換機。銳捷網絡：數據中心交換機領域，推出新一代400G數據中心核心交換機，滿配整機功耗對比上一代芯片方案降低25%。數據來源：

theNextPlatform

，IDC，華為官網，新華三官網，銳捷網絡官網，西南證券整理截至2021年中國交換機市場競爭格局國外市場——思科一家獨大，Arista成長迅速據theNextPlatform測算，2023Q1思科占據46.0%的市場份額，約46.1億美元，同比增長33.7%。Arista憑借在數據中心的出色表現，2023Q1收入11.5億美元，同比增長61.6%。盈利能力方面，思科和Arista毛利率均接近60.0%。國內市場——呈現寡頭競爭格局根據IDC數據，2021年中國交換機市場前五大品牌廠商分別為華為、新華三、銳捷網絡、思科和邁普技術，其市場份額分別為40.0%、36.2%、12.2%、5.4%和1.5%，前五大廠商集中度達到95.3%。40.0%36.2%12.2%1.5%5.4%

4.7%華為新華三銳捷網絡思科邁普技術其他數據來源：CSDN，西南證券整理

262.3

交換機技術趨勢趨勢一：無損數據中心解決方案隨著高速率交換機的需求增加，無損數據中心解決方案（RDMA)將推動高速率交換機的升級和發展。無損數據中心解決方案，簡稱RDMA(RemoteDirectMemoryAccess)技術是為了解決網絡傳輸中服務器端數據處理的延遲而產生的技術。傳統TCP/IP協議棧處理時延大，服務器CPU負載居高不下，RDMA可以將用戶應用數據直接傳入服務器存儲區，解決時延問題。RDMA網絡目前應用比較廣泛的是InfiniBand（英偉達數據中心網絡架構核心技術）和RoCE(RDMAoverConverged

Ethernet)。趨勢二：白盒交換機白盒交換機更具可編程性和靈活性，將成為未來主流。白盒交換機采用開放的設備架構和軟硬解耦的思想，提升了設備可編程性、靈活性，可以有效支撐未來新型業務對網絡可定制、高性能、可編程、確定性的需求，在網絡戰略發展中具有重要地位。全球經濟增長放緩及AIGC算力成本高昂的背景下，白盒交換機成本低、開放性高、操作難度小的優勢將會更加突出。在白盒交換機架構下增加芯片接口層，將交換芯片的硬件功能封裝為統一的接口，采用開放的設備架構和軟硬解耦思想，降低購置開發成本。趨勢三：CPO硅光技術CPO硅光技術有利于減少高速電通的損耗和管控成本，具備高級程度的CPO技術正迎來其發展黃金期。硅光技術是業界熱議的話題之一，代表著光子技術的一個前沿發展方向，即利用硅光的低成本和高速特性進行光通信技術的研究。CPO技術的核心在于將微型光學元件（如激光器、光調制器、接收器等）直接封裝到芯片上，實現了光學和電學之間的高效耦合和緊密集成。相較于傳統的光學封裝方式，CPO技術在更高的速率、更低的功耗、更小的體積以及更大的集成度上具有優勢。目前，硅光技術有兩個主要發展路線：CPO（Co-Packaged

Optics）光電共封裝和NPO（Near

Packaged

Optics）光電近封裝。這兩種方案都能夠在提升數據中心性能的同時顯著降低能耗并且幫助企業管控成本。數據來源：盛科通信官網，裕太微官網，CSDN，西南證券整理

272.3

交換機技術趨勢趨勢五：TSN解決方案TSN是解決大帶寬的新技術，同時TSN+OPC

UA將解決協議碎片化問題，有望加速應用。TSN可以為網絡連接提供準確的時間同步和時間關鍵數據及時性的保證。作為下一代工業以太網技術，保證了來自不同供應商的設備之間的網絡級兼容性。在網絡系統級，TSN通過標準配置分發給設備的網絡調度接口，支持確定性通信。消息的定時釋放確保了網絡中的延遲可以被確定性地預測和管理。TSN與

OPC

UA的融合有助于解決工業通信協議碎片化的問題。TSN技術基于以太網提供了一套數據鏈路層的協議標準，解決了網絡通訊中數據傳輸及獲取的可靠性和確定性的問題；OPC

UA則提供一套通用的數據解析機制，解決系統互操作的復雜性問題。因此TSN

能把PROFINET等實時以太網現場總線和OPC

UA共享到同一個通信設施上，有助于解決工業通信協議碎片化的問題。趨勢六：國產芯片逐漸崛起全球以太網物理芯片市場格局表現為國際廠商占比高，國內芯片制造商自主逐步完善，正在逐漸崛起。盛科通信是國內典型的以太網交換芯片企業，專注于研發、設計和銷售。公司推出多樣化的產品系列，包括高達2.4Tbps的TsingMa.MX系列和1.2Tbps的GoldenGate系列，支持400G和100G端口速率，同時兼容5G承載和數據中心特性。在研發Arctic系列方面，面向超大規模數據中心，支持最大800G端口速率，并整合了增強安全互聯、可視化和可編程等先進特性。裕太微成立于2017年，是一家專注于以太網物理層芯片的企業。主要生產百兆和千兆的單口及多口以太網物理層芯片，廣泛應用于信息通信、汽車電子、消費電子、監控設備、工業控制等領域。未來，公司計劃推出更高速率的物理層芯片，包括已實現量產的2.5G物理層產品。同時，裕太微逐步擴展到上層網絡處理產品，如以太網交換芯片、網卡芯片、車載網關等。趨勢四：液冷交換機數據中心加快建設對散熱和能耗提出更高要求，液冷交換機方案幫助數據中心實現低能耗。數據中心能耗占比中，散熱系統能耗平均高達33%，因為傳統數據中心采用的風冷散熱系統是以比熱容很低的空氣作為載冷媒介液冷交換機通過液體冷卻系統將散熱液引入設備內部，吸收熱量，然后將熱液導出設備，在外部冷卻。這有效降低設備溫度，提高性能，確保高效運行。當前液冷技術主要分為單相液冷和兩相液冷,單相液冷復雜度更低更易實現,單相液冷分為冷板式液冷和浸沒式液冷，沉浸式液冷方案更勝一籌。2.4.1

以太網交換機VSInfiniBand交換機數據來源：

英偉達官網，CSDN，西南證券整理

28InfiniBand網絡解決方案優勢明顯，短期與以太網網絡方案并存發展：InfiniBand網絡解決方案再網絡計算、網絡自愈、服務質量和網絡拓撲方面具有增強功能，可以廣泛應用在AI模型訓練、HPC等先進計算場景。InfiniBand交換機兼容性較差，難以和大多數以太網設備，例如網卡、線纜、交換機和路由器等，并且InfiniBand交換