三层交换机的工作过程，如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，这个缺省网关的IP对应第三层路由模块，所以对于不是同一子网的数据，先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址（由源主机A完成）；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据（三层交换机要确认是由A到B而不是到C的数据，还要读取帧中的IP地址。），就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。
网络交换机的缓冲区十分重要，但我们究竟需要多少网络交换机的空间，却没有正确回答。巨大的网络交换机缓冲区意味着网络不会丢弃任何流量，同时也意味着增加网络交换机延迟——在被网络交换机存储的数据在被转发前需要等待。某些网络管理员更喜欢较小的网络交换机的缓冲区，让应用程序或协议处理降低一些流量。正确是，了解应用程序的网络交换机的流量模式并选择适合这些需求的网络交换机。
肉眼可见的是交换机有很多端口，这些端口是通过MAC地址，也就是网卡的硬件地址来识别，从而达到数据交换的功能；交换机的工作原理很像理想化的交通，各个岔路口的（交换机的端口）的车辆（数据）都有自己的专门车道，每辆车都有自己的目的地（MAC地址），所以主干道的交通不会堵塞（交换机的特点：无阻塞的交换数据）。
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