交换机工作原理

如上图，定义C1、C2、C3的IP与MAC地址。

C1需要发送数据到C3。（定义C1与C3从未通信过）

其他层次略去，仅从网络层动作开始：

1.网络层为上层数据分包，加上IP包头，其中包括C1的源IP地址192.168.1.10与C3的目标IP地址192.168.1.30。

2.网络层分包后数据包传递到数据链路层，数据链路层为上层数据包装帧，加上帧头，其中包括C1的源MAC地址与C3的目标MAC地址；C1端的源MAC为00-00-00-11-11-11，但无C3的MAC地址。

3.此时，C1会通过arp协议广播发送请求报文来获得C3即IP为192.168.1.30的设备的MAC地址，局域网中除C1的所有设备都会收到此广播，但除C3外，其他设备不会回应，而C3会通过单播的方式向C1发送回应报文。这样C1便获得了C3的MAC地址。而这些MAC地址会被保存在arp缓存表中，以便下次通信。装帧后，将数据通过交换机的1号接口发送。

4.当数据发送到交换机后，交换机会首先查询MAC地址表中1号接口对应的源MAC地址条目，若条目中没有数据帧的源MAC地址，交换机就会将这个帧的源地址和收到这个帧的接口编号（即1号接口）对应起来，添加到MAC地址表中。

5.若交换机没有在MAC地址表中找到数据帧的目标MAC地址所对应的条目，便无法确定要在哪个接口中将数据传输出去。此时，交换机会通过广播的形式来获取MAC地址为00-00-00-33-33-33的设备连接在哪个接口上。（除1号接口外其他接口都会收到该广播）

6.C3会回应这个广播，并回应一个数据帧（源MAC地址为00-00-00-33-33-33，目标MAC地址为00-00-00-11-11-11），交换机会将此帧的源MAC地址和接口标号（3号口）对应在一起，添加到MAC地址表中。C1与C3实现数据通信了。

注：交换机只会学习源MAC地址，并且交换机学到的MAC地址不会永远保持在MAC地址表中，默认的老化时间是300s.

路由器工作原理

C1与C2连通性，步骤略去，如上图。

1、C1向C2发送数据，不在同一个网段，数据直接发送给默认网关。网络层分包，为数据装上IP包头，其中源IP为192.168.1.2/24，目标IP为192.168.2.2/24。分包后，数据链路层为数据包装帧，其中源MAC地址为00-11-12-21-11-11，目标MAC地址为R1的f0/0接口，为00-11-12-21-22-22。数据发送到路由器R1接口f0/0。

2、路由器R1的f0/0接口接收到数据后，拆开数据帧查看目标Mac地址为自己后，拆开IP包头查看源IP和目标IP，发现目标IP不是自己，查看路由表后，将数据包发送到R1的f0/1接口，对数据进行二层封装。此步骤中，源IP和目标IP不变，源MAC地址为R1的f0/1接口地址：00-11-12-21-33-33，目标MAC地址为R2的f0/0接口地址：00-11-12-21-44-44。

3、数据包发送到R2的f0/0接口后，拆开数据帧查看目标MAC为自己后，拆开IP包头查看源IP和目标IP，发现目标IP不是自己，查看路由表后，将数据包移动到R2的f0/1接口，对数据进行二层封装，将数据包发送给C2。此步骤中，源IP和目标IP不变，源MAC地址为R2的f0/1接口地址：00-11-12-21-55-55，目标MAC地址为C2的地址：00-11-12-21-66-66。

4、C2接收到数据包后，拆开数据帧查看目标MAC是自己后，拆开IP包头，查看源IP和目标IP，发现目标IP是自己后，接收数据，并向C1发送数据包回应，具体步骤同上，略去。