ASIC芯片是三层交换机的核心，它负责处理二层和三层的转发任务。二层转发依赖于MAC地址表，而三层转发则需要依据ip地址，这些信息都存储在ASIC芯片中。与此同时，CPU则担任控制中枢，维护着包括路由表和ARP表在内的软件条目，这些条目是ASIC芯片三层转发表的数据来源。
当我们讨论“一次路由多次交换”的概念时，我们实际上是在描述三层交换机如何高效处理跨VLAN的数据包。例如，假设有位于不同VLAN的两个主机a和b，它们之间的通信需要通过三层交换机的SVI（Vlanif端口）接口来进行路由。
当主机a尝试ping主机b时，它首先检查目标IP地址，确认不在同一个网段后，便知道需要通过网关来转发数据包。如果ARP缓存中没有网关的MAC地址，主机a会广播一个ARP请求，三层交换机在接收到这个广播帧后，识别出目的IP是给自己的，便返回一个ARP回复，将自己的MAC地址告诉主机a。
接下来，主机a用这个MAC地址重新封装ICMP数据包，然后发送给三层交换机。交换机根据数据包的源MAC地址和VLAN ID更新MAC表，并根据目的MAC地址查找MAC表。如果找到匹配的三层接口MAC条目，数据包便会被分三层转发。这时，如果三层转发表中尚无对应条目，数据包会被发送到CPU进行处理。
CPU根据目标IP搜索路由表，如果找到匹配的直连网段，它将进一步查找ARP表。如果ARP表中也没有相关信息，CPU会在目标网段广播ARP请求，以获取主机b的MAC地址。主机b在收到ARP请求后，会返回ARP回复。
三层交换机收到ARP回复后，会更新MAC表和ARP表，并将ICMP数据包重新封装后发送给主机b。同时，三层交换机根据这次交换获得的信息，在三层表中添加新的表项，包括IP地址、MAC地址、VLAN ID和出接口。这样，后续的数据包如果与三层表项匹配，就可以直接通过硬件转发，从而实现“一次路由多次交换”。
当主机b收到ICMP数据包后，它会按照相同的流程回复主机a，完成一次ping操作。这样的过程大大提高了数据传输的效率，尤其是在大型网络中，三层交换机通过硬件加速路由决策，减少了数据包在软件层面处理的次数，从而降低了延迟，提升了网络的整体性能。
什么是一次路由多次交换的三层交换机？
首先说说三层交换机的结构:ASIC芯片和CPU。
ASIC芯片用于完成二层和三层转发，包含用于二层转发的MAC地址表和用于ip转发的三层转发表。
CPU用于转发控制，主要维护一些软件条目(包括路由表和ARP表)，根据软件条目的转发信息配置ASIC的硬件三层转发表。
真正决定高速交换转发的是ASCIC的二三层硬件表，而ASIC的硬件表来自CPU维护的软件表。
a和B位于不同的VLAN，它们通过第3层交换机的SVI(Vlanif端口)接口进行路由和转发。
A ping B过程分析如下:
1.主机A检查目标B的IP地址，发现和自己不在同一个网段，需要通过网关转发。一是查询ARP缓存，但是找不到网关的MAC，于是广播ARP请求(目标MAC全是F，源MAC是A的MAC，源IP是A的IP，目标IP是网关IP)，请求网关的MAC地址；
2.三层交换机收到后发现是广播帧，解封装后发现目的IP是给自己的，于是返回ARP回复，通过ARP回复把自己的MAC告诉A。
3.A收到ARP回复后，更新ARP缓存，然后重新封装ICMP(目标MAC是网关，源MAC是A，目标IP是B，源IP是A)。交换机收到后，首先根据报文的源MAC+VlanID更新MAC表，根据报文的目的MAC+VID查找MAC表。找到自己的三层接口的MAC条目(注意:三层交换机分配SVI的IP地址时，会把三层接口的MAC+VID加到交换机的MAC条目上)。当报文中的目的MAC与这个三层接口的MAC条目匹配时，会分三层转发，找到三层条目。因为是空第一次搜索失败，所以消息交给CPU处理。根据目标IP，CPU搜索路由，匹配一个直连网段，然后查找ARP表。第一次是空，所以如果搜索失败，就在目标网段上广播ARP请求B的MAC地址，B收到后给出ARP回复。
4.交换机收到响应，更新MAC表和ARP表，同时重新封装ICMP发送给B(目标MAC为B，源MAC为三层交换接口的MAC，目标IP为B，源IP为A)。同时，交换机的三层表项根据三层转发刚刚获得的信息添加表项(包括IP、MAC、VLAM、出接口)，这样如果后续报文与三层表项匹配，就可以直接通过硬件转发，称为一路由多交换。b收到后给出ICMP回复，是上面过程的逆过程，所以PING。
