请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 Table_Industry 证券研究报告 /行业深度 报告 2018 年 9 月 11 日 通信 交换设备的云计算时代巨变 云中心科技生态变革深度研究之二 Table_Main Table_Title 评级 ： 增持 分析师 ： 吴友文 执业证书编号 ： S0740518050001 电话 ： 021-20315728 Email： wuywr.qlzq Yw 分析师 ：易景明 执业证书编号： S0740518050003 电话： 021-20315728 Email： yijmr.qlzq Yw Table_Profit 基本状况 上市公司数 127 行业总市值 (百万元 ) 1353853.69 行业流通市值 (百万元 ) 766908.75 Table_QuotePic 行业 -市场走势对比 公司持有该股票比例 Table_Report 相关报告 1 算力时代云计算的巨变 云计算科技生态变革深度研究之一 2018.9.7 2 转危为机借势需求实现传输固网上游突破 通信自主可控深度研究系列之二 2018.8.13 3 云计算驱动下的 ICT 变革与投资机遇 2018.6.27 Table_Summary 投资要点 交换设备是数据通信枢纽，不论电信网路由器还是 以太网交换机，长期以来以软硬件一体化的品牌机为主，缺乏开放性与快速迭代能力，产业链价值为品牌厂商把控 。 交换设备 是 IP 报文转发的核心， 按应用领域划分为电信网中的路由器和以太网中的交换机，两者技术本质并无太大差异，主要分别在于所支持的协议、规格和可靠性要求。电信网路由器市场全球规模约 160 亿美金，由于面向运营商体系采购较为保守，长期来为大厂垄断；以太网 交换机 市场 全球规模已破 250 亿美金， 过去面向企业网需求，后续向云网络需求发展，参与者更多，且出现了新进的实力玩家，打破了原有软硬件一体化的格局。不但使得交换设备的开放性和迭代能力迅速提升，更打破了原有的竞争格局，掀起产业链价值的再分配 ，是我们关注的最富于变化和活力的市场。 跨地域网络规模和昂贵的链路负担促使 Google 作出软件定义网络的探索，后续 B4 网络成功的商业实践使得大型 ICP 纷纷效仿，交换机上下游的强耦合逐步打破，白盒交换机开始普及 。 B4 网络的成功源自几个重要因素： 首先 Google 具备足够庞大的全球性网络规模和充沛的流量，前者中昂贵的跨洋带宽负担使得公司开始关注到网络负载不均衡的问题，并且其经济效益促使公司去正视和深入解决，后者是仍在持续激增的分布不断变化的量，驱使公司有针对性地进行研究并给出方案；其次从当时产业背景上看，所有交换机大厂都正在享受一体化品牌机带来的丰厚受益，缺乏自我优化的动力，即令有大客户提出对应用需求的变更，其响应也十分缓慢，其实并不打算真正解决封闭体系下的低效和高成本问题，客观上促进了大客户对品牌机的依赖；最后， B4 网络的成功还是得益于 在 Cisco 积累多年的核心技 术骨干， Google 有足够的实力和平台给与工程师改变产业格局的机会，能迅速调动资源形成合力。最终，交换机控制面和转发面耦合的格局被打破，以软件定义网络的概念提出，促进白牌交换机厂商快速发展。 随着产业链分化加大，软件供应商地位显著提升。尤其云数据中心飞速发展引入了大量云网络下的交换机新需求，加速颠覆了原有以太网交换机市场格局，从全球龙头 Arista 的发展经历看，云网络 OS 厂商承上启下，将在开放体系大潮中扮演核心地位 。 白盒交换机 作为最适合 SDN/NFV 的硬件形式被广泛接受，目前分化出了交换芯片、白盒硬件和网络 OS 软件三类厂商，在具体场景中存在不同的组织形式。但总体上看，软件供应厂商因为其在技术和层次结构中的关键地位，主导性正日渐突出。 近年来云数据中心飞速发展，更是引出了云网络的新需求，超大规模物理和虚拟机、频繁的重度交换、易维护和弹性部署、应用子系统的广泛分布都在促使交换机更加走向开放式，云网络 OS 的核心地位空前凸显。 Arista 作为开放式交换机的全球龙头，成功契合了从企业网到云网络的交换需求，从基于Linux 开源内核的 EOS 系统到支撑多款商用芯片，成功奠定了自身的基石性产业地位，连续 5 年 80%以上高速增长。从中可以看出云网络 OS 厂商在开放体系中具备承上启下的枢纽地位，将逐步把控产业定价权。看后续发展， 大型 ICP 厂商基于自身庞大数据中心应用而培育出的云网络 OS 有望成为强力竞争者，重新定义市场格局，纯粹硬件厂商的地位将逐步削弱。 投资建议： 基于白盒 的 开放交换设备市场有望复制 Arista 成功路径，凭借可定制化软件 和 基于通用芯片的硬件改变产业格局。因此，推荐重点关注： 美股开放式交换机龙头 Arista 和 在白盒交换机硬件及 SDN 技术方面领先的 本土厂商 星网锐捷 ；国内领先的网络可视化基础架构和嵌入式融合计算平 台提供商 恒为科技 等。同时，推荐关注数据中心交换机全面升级 100Gbps 端口所带来的高速光模块发展机遇，推荐关注： 光迅科技、中际 旭创 等。 风险提示事件： 网络建设 投资不达预期风险、市场竞争风险、技术路径风险 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 2 - 行业深度 研究 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 - 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 3 - 行业深度 研究 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 资料来源： Centec，中泰证券 研究所 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。 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 4 - 行业深度 研究 图表 2. 历年电信网路由交换设备全球规模和变动趋势 资料来源： 运营商，设备商， OVUM， 中泰证券 研究所 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） 资料来源： 运营商，设备商， OVUM， 中泰证券 研究所 -0.50%0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%3.50%4.00%4.50%5.00%0204060801001201401601802002012 2013 2014 2015 2016 2017 2018E 2019E 2020E 2021E实际规模（亿美元） 预测规模（亿美元） 增长率 0204060801001201401601802012 2013 2014 2015 2016 2017Others Zte Nokia Juniper Huawei Cisco请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 5 - 行业深度 研究 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 资料来源： Bloomberg， Cisco， Broadcom， 中泰证券 研究所 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。 0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00450.00500.002013 2014 2015 2016 2017路由器（亿美元） 交换机（亿美元） 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 6 - 行业深度 研究 图表 5. 全球 以太网 交换机市场份额 （亿美元） 资料来源： Bloomberg， Cisco， Broadcom， 中泰证券 研究所 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。 0501001502002503002013 2014 2015 2016 2017Others H3C Juniper Huawei HP Cisco Arista请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 7 - 行业深度 研究 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 资料来源： Google， 中泰证券 研究所 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 2030%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。 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 8 - 行业深度 研究 图表 7. Google B4 网络采用 SDN 架构重构组网 资料来源： cnblogs， 中泰证券 研究所 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 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 9 - 行业深度 研究 资料来源： Google， 中泰证券 研究所 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 资料来源： Centec， 中泰证券 研究所 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。 请务必阅读正文之后的 重要声明 部分 - 10 - 行业深度 研究 互联网，尤其移动互联，引入高并发的交互业务模式，使得传统 数据中心 越来越难以胜任。 除了传统虚拟机， 数据中心 还需引入 网络和存储虚拟化、任务调度与分配，以及配套的 安全策略和能源管理， 这样供需的 IT 资源池 满足可以按需付费的方式订购， 而且必须 有设备可拓展能力， 能 提供遍在网络访问和获取便利性， 所有这些满足才能 被称为云计算。 数据中心已经全面 启动向云计算的转型 。 图表 10. 传统 IDC 向云计算数据中心转型 资料来源： 中国产业信息， 中泰证券 研究所 网络资源的云化是 云计算数据中心 的重要一环，因为 通信网络层面引入了全新的高要求，例如无拥塞网络、高度虚拟化、业务驱动网络 和统一整合架构 等，而这些要求却难以通过 传统 网络架构 和设备 来实现。由 SDN 与 NFV 技术所构建的云化网络 应运而生 ， 而需要实现这两项技术，软硬件分离是第一步，也是交换机白盒化的基础 。软件按需求定义，进而寻找兼容的硬件实现，意味着 SDN/NFV 必然基于白盒，但白盒交换机未必面向 SDN/NFV。 图表 11. 云数据中心 对网络的 要求 需求特性 云数据中心的网络要求 无拥塞交换 接近于无阻塞网络，并具备近似无限的高扩展性 高度虚拟化 能够感知虚拟机，并支持虚机在单数据中心内部和多数据中心之间 的漂移，并保证相关网络策略随之迁移 业务驱动网络 支持多业务、多租户，能在同一物理网络上，根据业务需求自由构 建业务网络并保证网络安全性 统一整合架构 网络统一运维，高度自动化、智能化管理 资料来源： Riverbed， 中泰证券 研究所 SDN(Software Defined Network)即软件定义网络， 主要面向 以太 网，包含两层含义： 一是控制与转发面分离、逻辑集中控制；二是开放接口，使控制面实现可编程。 而 NFV(Network Function Virtualization)即网络功能虚拟化 ，主要是面向电信网提出的概念，鉴于电信网结构复杂，牵涉网络设备繁多， 该技术最强调的是让控制与转发面解耦，从而使得运营商对上游硬件设备有更强把控力，而控制面的设计和开发还是交由主设备商完成，以确保功能和可靠性，可编程不作为硬性要求。