（一）大家常常聽到的“一次路由，多次交換”，可以簡單的理解爲：在完成對收到的第一個新數據流進行路由後，產生一個MAC地址與IP地址的映射表，當具有相同地址信息的數據流再次通過時，即根據此表直接在二層完成轉發。
（二）下面以一個例子，解釋三層交換機的轉發原理。
如圖1所示，該組網內，通信的源主機、目的主機連接在同一臺三層交換機上，但它們位於不同VLAN（網段）。
對於三層交換機來說，這兩臺主機都位於它的直連網段內，它們的IP對應的路由都是直連路由。
圖1 三層轉發組網1
圖1中標明瞭兩臺主機(A、B)的MAC、IP地址、網關，以及三層交換機S3600的MAC、不同VLAN配置的三層接口IP。
源主機: 簡稱PC A | MAC地址 簡稱MAC A | IP 1.1.1.2 | 網關1.1.1.1
目的主機: 簡稱PC B | MAC地址 簡稱MAC B | IP 2.1.1.2 | 網關2.1.1.1
交換機： 簡稱S3600 | MAC地址 簡稱MAC S | VLAN2三層接口IP 1.1.1.1
VLAN3三層接口IP 2.1.1.1
（三）當 PC A 向 PC B 發起ICMP請求（ping）時，數據交換的過程如下：（假設三層交換機上還未建立任何硬件轉發表項，此次交換爲首次）
（1） 根據前面的描述，PC
A檢查出目的IP地址2.1.1.2（PC
B）與自己不在同一網段，因此它發出請求：請求網關地址1.1.1.1對應MAC的ARP請求；
（2） 三層交換機S3600收到PC
A的ARP請求後，檢查請求報文發現被請求IP是自己的三層接口IP，因此發送ARP應答並將自己的三層接口MAC（MAC
S）包含在其中。同時它還會把PC A的IP地址與MAC地址對應（1.1.1.2<==>MAC
A）關係記錄到自己的ARP表項中去（因爲ARP請求報文中包含了發送者的IP和MAC）；
（3） PC
A得到網關（S3600的VLAN2
1.1.1.1）的ARP應答後，組裝ICMP請求報文併發送，源MAC＝MAC
A、源IP＝1.1.1.2、報文的目的MAC＝MAC
S、目的IP＝2.1.1.2；
（4） S3600收到報文後，首先根據報文的源MAC+VID（即VLAN
ID）更新MAC地址表。然後，根據報文的目的MAC＋VID查找MAC地址表，發現匹配了自己三層接口MAC的表項。（這裏說明一下，在BCM的chip中，MAC地址條目可以簡單分爲兩種：一種是交換機通過收取報文時源MAC地址的學習。第二種是當爲三層交換機爲VLAN配置三層接口IP後，會在交換芯片的MAC地址表中添加三層接口MAC＋VID的表項，並且爲表項的三層轉發標誌置位。當報文的目的MAC匹配這樣的表項以後，說明需要作三層轉發，於是繼續查找交換芯片的三層表項）
（5） 交換芯片根據報文的目的IP去查找其三層表項，由於之前未建立任何表項，因此查找失敗，於是將報文送到CPU去進行軟件處理；
（6） CPU根據報文的目的IP去查找其軟件路由表，發現匹配了一個直連網段（PC
B對應的網段），於是繼續查找其軟件ARP表，仍然查找失敗。然後S3600會在目的網段對應的VLAN
3的所有端口發送請求地址2.1.1.2對應MAC的ARP請求；
（7） PC
B收到S3600發送的ARP請求後，檢查發現被請求IP是自己的IP，因此發送ARP應答並將自己的MAC（MAC
B）包含在其中。同時，將S3600的IP與MAC的對應關係（2.1.1.1<==>MAC
S）記錄到自己的ARP表中去；
（8） S3600收到PC
B的ARP應答後，將其IP和MAC對應關係（2.1.1.2<==>MAC
B）記錄到自己的ARP表中去，並將PC
A的ICMP請求報文發送給PC
B，報文的目的MAC修改爲PC
B的MAC（MAC B），源MAC修改爲自己的MAC（MAC
S）。同時，在交換芯片的三層表項中根據剛得到的三層轉發信息添加表項（內容包括IP、MAC、出口VLAN、出端口），這樣後續的PC
A發往PC B的報文就可以通過該硬件三層表項直接轉發了；
（9） PC
B收到S3600轉發過來的ICMP請求報文以後，迴應ICMP應答給PC
A。ICMP應答報文的轉發過程與前面類似，只是由於S3600在之前已經得到PC
A的IP和MAC對應關係了，也同時在交換芯片中添加了相關三層表項，因此這個報文直接由交換芯片硬件轉發給PC
A；
（10） 這樣，後續的往返報文都經過查MAC表=>查三層轉發表的過程由交換芯片直接進行硬件轉發了。
從上述流程可以看出，三層交換機正是充分利用了“一次路由（首包CPU轉發並建立三層硬件表項）、多次交換（後續包芯片硬件轉發）”的原理實現了轉發性能與三層交換的完美統一。