※ 首先要了解
① 源主機在發起通信之前，會將自己的IP與目的主機的IP進行比較，如果兩者位於同一網段（用網絡掩碼計算後具有相同的網絡號），那麼源主機發送arp請求廣播報，請求目的主機的mac地址，在收到目的主機的ARP應答後獲得對方的物理層（MAC）地址，然後用對方MAC作爲報文的目的MAC進行報文發送。位於同一VLAN（網段）中的主機互訪時屬於這種情況，這時用於互連的交換機作二層交換轉發；
② 當源主機判斷目的主機與自己位於不同網段時，它會通過網關（Gateway）來遞交報文，即發送ARP請求來獲取網關IP地址對應的MAC，在得到網關的ARP應答後，用網關MAC作爲報文的目的MAC進行報文發送。
注：
對位於同一子網，即同一網段（不需要經過路由，所以是二層轉發）；
而對於位於不同子網，即不同的網段（必須經過路由器，所以該數據報文先經過三層路由轉發）
那三層轉發和二層轉發有什麼區別呢？
1.數據轉發依靠的關鍵字不同，二層轉發主要依靠MAC地址，而三層轉發主要依靠IP地址。
2.數據交換的範圍不同，二層交換指在同一網段內的通信，三層交換指跨網段的通信。
3.在三層轉發的過程中，還要進行二層的封裝。也就是說，在三層轉發過程中二層幀頭中的（源、目的）MAC地址是要改變的。但是IP數據報中的源IP和目的IP地址是不會改變的
下面主要以三層轉發爲例，做一個詳細的說明和梳理。
1. 概述
如圖1所示，交換機Router，SW1，SW2的所有表項爲空，Host 1要ping Host 2，即Host 1要給Host 2發送ICMP echo請求，Host 2收到請求之後，發現是請求自己的IP地址，會回覆ICMP echo應答報文。
圖1 網絡拓撲圖
Host 1的IP地址爲1.1.1.1/24，默認網關爲1.1.1.254，MAC地址爲ca02.1a14.0000；
Host 2的IP地址爲2.2.2.2/24，默認網關爲2.2.2.254，MAC地址爲ca03.1a14.0000；
Router的fa0/0口的IP地址爲1.1.1.254/24，MAC地址爲ca06.1b2c.0008；
Router的fa0/1口的IP地址爲2.2.2.254/24，MAC地址爲ca06.1b2c.0006。
注：由此可以看出路由器可以具有多個ip地址；
並且主機的網關一般來說就是路由器的ip；
2. 三層轉發的整個過程
2.1 Host 1的ARP請求
Host 1將ICMP echo請求報文，封裝到源IP地址爲1.1.1.1，目的IP地址爲2.2.2.1的IP報文中。然後查詢Host1的路由表，準備將報文發送給Host 1的默認網關1.1.1.254。由於Host 1沒有其默認網關的MAC地址，因此Host 1會將該報文存到內存，先發送ARP請求來獲取MAC地址。
Host 1將源物理地址爲ca02.1a14.0000，源協議地址爲1.1.1.1，目的物理地址填充00:00:00:00:00:00，目的協議地址爲1.1.1.254的ARP請求，封裝在源MAC地址爲ca02.1a14.0000，目的MAC地址爲ffff.ffff.ffff的以太網幀發出，如圖2所示。
圖2 ARP請求
2.2 SW1學習MAC地址
Sw1收到該幀廣播，同時將ca02.1a14.0000與自身的1端口關聯起來，加入到交換機的MAC地址表中。
2.3 Router的ARP應答
Router收到這個幀之後，去掉二層封裝，查看到ARP請求中的目的協議地址爲fa0/0口地址，會發送 響應物理地址爲ca06.1b2c.0008，響應 協議地址爲1.1.1.254，目的MAC地址ca02.1a14.0000，目的IP地址1.1.1.1的ARP應答，封裝在源MAC地址爲ca06.1b2c.0008，目的MAC地址爲ca02.1a14.0000的以太網幀中發出，如圖3所示。
圖3 ARP應答
同時Router也會將物理地址ca02.1a14.0000與IP地址1.1.1.1存入到自己的ARP表中，如圖4所示。
圖4 Router的ARP表
2.4 SW1學習MAC地址
Sw1收到幀之後，查詢MAC地址表，將幀從1口發出，同時將ca06.1b2c.0008地址與2口關聯，加入到MAC地址表中。
2.5 ICMP echo請求
Host 1收到Router發送的ARP應答之後，會將物理地址ca06.1b2c.0008與IP地址1.1.1.254存入到自己的ARP表中，如圖5所示。
圖5 Host 1的ARP表
Host 1會調出ICMP echo請求，封裝成源MAC地址爲ca02.1a14.0000，目的MAC地址爲ca06.1b2c.0008的數據幀（注意此處的目的MAC設成了路由器的 fa0/0口的MAC），發送給Router，如圖6所示。
圖6 ICMP echo請求
Router的fa0/0收到該報文，查找本地路由表，判斷目的IP是否和自己IP處於同一網絡，發現Host 2的IP和自己接口fa0/1的IP爲同一網段，則Router會將該報文從fa0/1發送給Host 2。但由於Router的fa0/1口沒有2.2.2.2的MAC地址，只能先進行ARP請求。
2.6 Router的ARP請求
Router會將源物理地址爲ca06.1b2c.0006，源協議地址爲2.2.2.254，目的物理地址填充全0，目的IP地址爲2.2.2.2的ARP請求，封裝在源MAC地址爲ca06.1b2c.0006，目的MAC地址爲ffff.ffff.ffff的以太網幀從fa0/1口廣播出去。
2.7 SW2學習MAC地址
Sw2收到該幀之後會將該幀廣播，同時將ca06.1b2c.0006與1口關聯，加入到MAC地址表。
2.8 Host 2的ARP應答
Host 2收到ARP請求之後，會將響應MAC地址ca03.1a14.0000，響應IP地址2.2.2.2，目的MAC地址ca06.1b2c.0006，目的IP地址2.2.2.254的ARP應答，封裝在源MAC地址爲ca03.1a14.0000，目的MAC地址爲ca06.1b2c.0006的以太網幀中發出。同時也將物理地址ca06.1b2c.0006與IP地址2.2.2.254關聯起來，存入到自己ARP表中。
2.9 SW2學習MAC地址
Sw2收到幀之後，查詢MAC地址表，將幀從2發出，同時將ca03.1a14.0000地址與1口關聯，加入到MAC地址表中。
Router獲到Host 2給他的ARP響應之後，會將物理地址ca03.1a14.0000與IP地址2.2.2.2關聯，並且加入到ARP表中。這時，Router將剛纔的ICMP echo報文轉發給Host 2。
2.10 ICMP echo應答
Host 2收到由Host 1發送的ICMP echo請求之後，會將ICMPecho應答封裝在源IP地爲2.2.2.1，目的IP地址爲1.1.1.1的IP報文中，發送給Host 1。
Host 1收到Host 2發送的ICMP echo應答，此次ping的過程結束，如圖7所示。
圖7 ICMP echo應答
再上一個簡潔點的例子
三層轉發舉例
PC1準備向PC2發送數據包
(1) PC1檢查報文的目的IP地址，發現和自己不在同一網段，則需要進行三層轉發，通過網關轉發報文信息；
(2) PC1檢查自己的ARP表，發現網關的MAC地址不在自己的ARP表裏；
PC1向Router發起arp請求
(3) PC1——>Router（網關）發出ARP請求報文；
(4) Router將PC1的MAC地址學習到自己的ARP表，
(5) Router（網關）——>PC1發出ARP應答報文；
(6) PC1學習到Router（網關）的mac地址，發出報文，此時源ip、目的ip不變，目的mac爲Router（網關）的mac
(7) PC1——> Router（網關）發出報文。
(8) Router（網關）收到報文，發現是三層報文（原因是報文的目的mac是自己的mac）
(9) Router（網關）檢查自己的路由表（FIB），發現目的ip在自己的直連網段
(10)Router檢查自己的arp表，如果發現有與目的ip對應的mac地址則直接封裝報文（目的ip、源ip不變，目的mac爲查arp表所得mac）發送給PC2
(11) 如果查ARP表沒有得到與目的ip對應MAC，則重複（3）發arp請求
(12) PC2收到ARP廣播報文，發現目的IP是自己的IP，於是給Router發送ARP應答報文。報文中會附上自己的mac地址。
(13) Router收到應答報文後，目的mac改爲PC2的mac，然後向PC2發送數據幀。
(14) PC2向Router發送報文
(15) Router收到報文後，向PC1轉發報文