原文参考：网络数据包转发过程--链路传输层、网络层转发「详细」 (baidu.com)
涉及到网络上数据包的转发必须用到三张表：Mac表、Arp表、路由表。
一、交换机与Mac地址表
1、 Mac地址表
记录mac地址与接口的对应关系，SW依据mac表转发数据帧到目标主机。
2、交换机工作原理
测试环境组网：
- 在组网没有建立连接前，交换机上没有mac表
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在pc1上ping pc2的ip，在构造icmp报文前，需要知道目标主机的mac地址，由于此时pc1上没有匹配的mac地址条目，pc1将会先发送广播报文
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交换机在收到数据帧后，将源mac以及入接口记录保存在mac表中；根据数据帧中的目的mac地址，查找自己的mac表，若能够找到，直接从对应接口单播发送该数据帧到目标主机上；
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若找不到，将该数据帧从其他接口广播出去，此时局域网中所有主机都会收到该数据帧，只有匹配目的mac的主机才会单播响应一个数据帧（即组网中的pc2）；
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交换机在收到响应数据帧后，将会记录数据帧的源mac地址以及对应的接口。
交换机上学习到的mac表如下图：
SW具有动态学习源MAC地址的功能，并且交换机的一个接口可以对应多个MAC地址，但是一个MAC地址只能对应一个接口。
学习的mac地址老化时间SW动态学习的MAC地址默认只有300S的有效期，如果300S内记录的MAC地址没有通信，则会删除此记录。
二、 ARP缓存表
1、 ARP协议：ARP协议是工作在网络层的协议，它负责将IP地址解析为MAC地址。
2、 ARP表学习过程
测试环境组网：
1）在pc1上ping pc2的ip，在构造icmp报文前，需要知道目标主机的mac地址，由于此时pc1上没有匹配的mac地址条目，pc1将会先发送广播报文，报文如下：
其中二层报文头中目的mac为全F的广播mac地址，arp报文中封装的目的mac地址为全0的mac地址。
2）交换机收到数据帧后，将源mac以及入接口记录保存在mac表中；
根据数据帧中的目的mac地址，查找自己的mac表，若能够找到，直接从对应接口单播发送该数据帧到目标主机上；
3）若找不到，将该数据帧从其他非接收端口广播出去，此时局域网中所有主机都会收到该数据帧，即pc2会收到报文，记录报文中源mac地址，发现报文中目的ip就是自己，将会发送单播报文进行响应；
4）交换机在收到响应数据帧后，将会记录数据帧的源mac地址以及对应的接口，pc1也会记录响应报文的源mac地址。
ARP表的更新， 当设备收到ARP请求或其他ARP报文，且现存ARP缓存表中记录有该IP对应的ARP表项。其他的非ARP报文不会影响ARP缓存表。不同系统的ARP表老化时间不一样，具体设备需要进一步确认。
三、 路由表
1、 网络层工作，路由器接收到数据包后，会读取目标逻辑地址的网络部分，而后查找路由表。如果找到目标地址的路由条目，则从相应接口进行转发；如果没有找到，但是能够匹配默认路由，则从对应接口转发；否则，将丢弃数据包，返回路由不可达信息。
2、 工作原理
测试组网：
设备在接入组网前的路由表项：
1） PC1将来自上层的报文在网络层封装成IP数据包（其中源、目的IP地址分别为PC1、PC2的IP地址），让源、目的IP地址进行“与”运算来得出是否为同一网段，此时发现PC1/PC2主机不在同一网段，故数据包将经由网关A进行转发。
2） 由于PC1没有记录网关A（即路由器R1）的mac地址，将会发送ARP请求来获取，并将网关A的mac地址封装为目的mac地址，源mac为主机A。
3） 网关设备在收到arp广播报文后，发现报文的目的ip就是自己，将会发送arp报文（单播）报文进行响应。PC1收到报文后会记录源mac到自己的mac表中。
4） PC1在学习到mac地址后，封装icmp报文发送出去，此报文中源ip、目的ip分别为PC1和PC2的主机ip，源mac为PC1的mac地址，目的mac为网关接口的mac地址。
5） 路由设备会解封装报文，发现目的ip不是自己同时也不同网段，此时将会检查自己的路由表中是否记录匹配目的ip网段的路由条目，发现存在此路由信息，然后将数据包交给对应的接口feth27进行转发。
6） 路由设备转发报文前需要知道目的mac地址，因此将会从接口feth27发送arp广播，PC2上获取的广播报文如下：
7） PC2会学习arp请求包中的源mac地址，查看报文的目的ip就是自己，将会发送arp响应报文回应,此时设备上也已经学习到完整的arp表。
8） 网关设备在学习到mac地址后，封装icmp报文发送出去，此报文中源ip、目的ip分别为P和PC2的主机ip，源mac为网关接口feth27的mac地址，目的mac为目标主机PC2的mac地址。如此报文就会从接口发送到目标设备上，成功转发icmp报文。