大白话：记住内网 也可能包括了多个子网，所以用同一网段表示更精确。
MAC地址表（FDB表，2层）：MAC地址——》交换机接口地址；
【只存在于交换机，用于帮助交换机指明mac帧应从哪个接口发出去】
补充说明：现在的家用路由器 ，是三层的，也有二层的交换机功能。
ARP缓存表（2.5层）：IP地址——》MAC地址；
【存在于主机和路由器中，用于帮助主机或路由器，查询对应IP的mac地址，以便组建mac帧发送出去】
同一网段内通信，原mac地址和目标mac地址 与 原ip地址和目标ip地址一一对应 。不同网段通信，mac地址与ip地址不关联，mac地址从本处地址指向下一个接力地址这样可以区分，信息是从网关发来的，还是从另一个网段发来的。
从这里可以看出，arp缓存表只缓存本机网段内的ip与mac地址的关系。
arp请求是广播，因为不知道目标的mac地址，所以只能进行广播。广播只能在同网段内进行。这里广播的意思是，交换机收到广播请求时，会对其他剩余交换机端口全部转发【至于以前的hub时代，每台主机收到的mac帧，会查看是不是和自己的mac帧相同，或者收到了arp广播帧，这样会继续拆开数据包，检查IP数据，否则直接丢弃mac帧】
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理论上可以设置两个不同的网段，然后用交换机连接。两个网段都可以指定一个（虚假的）网关，两个网段内的ip都设置静态ip。【这个时候，按照操作系统的逻辑，查路由表若目标IP属于同一网段内（不同网段只会先发给网关，mac帧目标地址是网关地址，但是目标IP不是网关IP而是真正的目标主机ip地址），查询arp缓存表，没有就发送arp请求，这个时候arp请求会经过交换机，交换机看到广播 mac帧 会 进行广播，这个时候两个网段都有arp请求了。但是arp响应还是在同一个网段内出现的。两个网段后面的mac帧信息，看交换机的mac帧–端口表，进行分发了。如果把交换机换成路由器，路由器收到arp广播，查看ip地址是不是自己的 ，是就发个arp响应，不是就丢弃，不会转发arp广播，因为同网段内有交换机 连接着其他主机，负责将arp广播到其他主机。唯一的问题是路由器收到这个错网段arp请求，应该是直接丢弃吧，应该不会出现路由器报警神马的，毕竟多一事不如少一事，路由器开发人员估计也是这个心态】【家用路由器就是个 三层路由器+无线交换机】《如果我用代码单独发一个arp包，里面的目标IP是另一个网段的，那么另一网段的目标主机能收到，但是发现不同网段的，这时候，不清楚操作系统的arp协议怎么解决，如果正常返回，操作系统中的arp缓存表也不会记录，如果想要通信，操作系统认为不属于同一网段，只会先发包给虚假的网关》
总结：从网络设计上讲，arp 广播请求 只针对 同一个网段内的目标主机。
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arp应答是单播，因为知道请求者的mac地址。所以可以直接采用点对点的单播方式回答对方。
为何要缓存arp？因为如果不缓存，那么每次通信都需要广播，不仅费时且减小了广播消息对同网段的影响。 当然arp缓存也存在一定的有效时长。
路由表（FIB表，3层）【存在于主机和路由器上 ，就是用来决策和转发 IP数据包的表】
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上网时信息过程
1、本机 开机联网 用dhcp获得 IP 或者 自己设置静态IP，获得本机IP后，会发一个？？？ 广播，询问 局域网内 是否 和本机 有相同 IP。
2、dns访问网络，其实就是访问 IP。
3、对 待访问IP 进行判断，
如果属于同一个子网，查询ARP缓存表，如果用就租金组建 mac帧，若没有，就发送一个 arp广播，询问IP持有者的 mac地址。等对方arp应答，发回mac地址。然后再组件 mac帧。
mac帧组建好后，就用物理信号，直接发给内网中的目标主机。内网中一般就只有交换机，不会再路由了，因为路由是三层了，是用来跨网段的。【路由表就是根据不同网段，来进行路由的，所以路由器就是用来跨网段的，如果不跨网段的话（记住，内网也可以划分成好多网段不同的子网，不同子网间就需要路由器连接），用二层交换机就够了 】
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如果不属于一个子网，就查询网关的mac地址，如果有就组建mac帧，发给网关。如果没有网关的mac地址，就发arp查询，获得网关mac地址，然后组建mac帧。发给网关。
发给网关的mac帧，经过网关检查，发现mac帧中的IP地址不是自己的，于是查询路由表，重新组建mac帧，发给下一个目标。重新组建的mac帧，源mac地址为本网关mac地址，目标mac地址为下一个目标的mac地址。ip数据包里面的内容不变。
就这样，在不同的网段内不断转发，mac帧终于抵达了目标主机。
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一、路由表
1、路由表概述
在计算机网络中，路由表或称路由择域信息库（RIB）是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格（文件）或类数据库。
每个路由器中都有一个路由表和FIB(Forward Information Base)表：路由表用来决策路由，FIB用来转发分组。FIB强调的是作为转发的路由表，RIB是用来做路由管理的表。通常有了动态路由协议的参与才能理解这个问题。RIP、OSPF、BGP、ISIS都是动态路由协议，它们学习到的路由首先要通告给RIB表。RIB表把所有路由协议学习到的路由汇总到一起，经过优选，把优选结果的路由加入到FIB表，供转发使用。所以FIB是RIB的一个子集。
2、路由表中路由有三类：
直连路由：
（1）链路层协议发现的路由
非直连路由：
（1）静态路由
（2）动态路由协议发现的路由。
高档路由器可以运行动态路由选择协议,而中低档的不可以.只有运行了动态路由选择协议的路由器才可以自动生成和更新路由表.
一般的家用型路由器如tp-link都是运行的静态路由,静态路由是由管理员手工的逐条的输入的,不能自动适应网络的拓扑变化.静态路由里面有缺省路由条目，路由器收到的ip包，都会默认转发给上层路由器。
Pc电脑上的 路由表，是 静态路由。我做了一下测试:
（1）电脑上的网线网卡每换一个接入点，都会重新重新初始化PC路由表。
路由表上面的 0.0.0.0 网段，127网络， localhost网段 ，169.254网段【这个是电脑未联网时自己设置的所在网段】，224.0.0 组播网段，255.255.255.255【有限广播地址也称为本地广播地址】
广播地址分为两种：直接广播地址和有限广播地址 。TCP/IP协议规定32比特全为1的IP地址（255.255.255.255）用于本网广播。 在主机不知道本机所处的网络时（如主机的启动过程中），只能采用有限广播方式，通常由无盘工作站启动时使用，希望从网络IP地址服务器处获得一个IP地址。当广播地址包含一个有效的网络号和主机号，技术上就称为直接广播地址。
上面这些都是网络连接成功时，自动生成的路由表。其中 0.0.0.0是缺省路由，如果你是动态获取的IP地址，就是从DHCP服务器学来的；如果是手工静态分配的IP地址，则是静态分配来的；
（2）当别的内网计算机ping或访问本机时，本机路由表就会 添加 该内网计算机的路由。当本机访问别的内网主机或ping内网主机【即使ping的不存在】，本机也会将该内网主机添加到路由表中。当然，这些添加的路由只是暂时性的 ，重启或者切换网络都会路由记录都会被删除。本机自动添加的路由，只限于内网的计算机，外网的计算机路由，都不会添加到本机中。
下面 mac主机的路由表中：192.168.1.133 是另一台 内网主机。该内网的网段是192.168.1.128/25，网关是 192.168.1.129/32，本机IP是 192.168.1.131/32
3、路由表查看
Windows linux 通用： netstat -r Windows 上面 还可以用：route print
xp下的 路由表：
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Interface List
0x1 ........................... MS TCP Loopback interface
0x2 ...08 00 27 d7 b7 a9 ...... Intel(R) PRO/1000 T Server Adapter - 数据包计划程序微型端口
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Active Routes:
Network Destination Netmask Gateway Interface Metric
0.0.0.0 0.0.0.0 10.0.2.2 10.0.2.15 10
10.0.2.0 255.255.255.0 10.0.2.15 10.0.2.15 10
10.0.2.15 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 10
10.255.255.255 255.255.255.255 10.0.2.15 10.0.2.15 10
127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1
224.0.0.0 240.0.0.0 10.0.2.15 10.0.2.15 10
255.255.255.255 255.255.255.255 10.0.2.15 10.0.2.15 1
Default Gateway: 10.0.2.2
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Persistent Routes:
None
Route Table
mac下面的路由表：
Routing tables Internet: Destination Gateway Flags Refs Use Netif Expire default 192.168.1.129 UGSc 512 0 en1 127 localhost UCS 1 0 lo0 localhost localhost UH 2 1425190 lo0 169.254 link#5 UCS 1 0 en1 192.168.1.128/25 link#5 UCS 3 0 en1 192.168.1.129/32 link#5 UCS 2 0 en1 192.168.1.129 20:dc:e6:c1:ee:24 UHLWIir 513 25 en1 973 192.168.1.131/32 link#5 UCS 1 0 en1 192.168.1.133 5c:c3:7:4f:62:91 UHLWIi 1 9 en1 726 192.168.1.255 link#5 UHLWbI 1 12 en1 224.0.0 link#5 UmCS 2 0 en1 224.0.0.251 1:0:5e:0:0:fb UHmLWI 1 0 en1 255.255.255.255/32 link#5 UCS 2 0 en1 broadcasthost link#5 UHLWbI 1 139 en1 Internet6: Destination Gateway Flags Netif Expire localhost localhost UHL lo0 fe80::%lo0 fe80::1%lo0 UcI lo0 fe80::1%lo0 link#1 UHLI lo0 fe80::%en1 link#5 UCI en1 cooldemacbook-pro. 38:c9:86:e7:7c:e UHLI lo0 fe80::%awdl0 link#9 UCI awdl0 cooldemacbook-pro. 46:28:cb:55:19:75 UHLI lo0 ff01::%lo0 localhost UmCI lo0 ff01::%en1 link#5 UmCI en1 ff01::%awdl0 link#9 UmCI awdl0 ff02::%lo0 localhost UmCI lo0 ff02::%en1 link#5 UmCI en1 ff02::%awdl0 link#9 UmCI awdl0
先百度了一下：mac 网络接口（Netif），的各种名字
lo0 = loopback gif0 = Software Network Interface stf0 = 6to4 tunnel interface en0 = Ethernet 0 fw0 = Firewire en1 = Ethernet 1 vmnet1 = Virtual Interface
补充：在运行ifconfig时，会看到en0 en1 en2 en3 en4 怎么这么多？？？
运行一下：networksetup -listallhardwareports
Hardware Port: Ethernet Device: en0 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx Hardware Port: FireWire Device: fw0 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx:xx:xx Hardware Port: Wi-Fi Device: en1 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx Hardware Port: Bluetooth PAN Device: en3 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx Hardware Port: Thunderbolt 1 Device: en2 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx Hardware Port: Thunderbolt Bridge Device: bridge0 Ethernet Address: xx:xx:xx:xx:xx:xx VLAN Configurations ===================
原来是Wi-Fi，蓝牙，thunderbolt
4、路由表讲解
举例：
(1)、通俗点说就是：接口指硬件网卡上的网线口，一个接口可以设置N个IP。
市面上有不止一个接口的网卡，2口、4口都有。
接口是你拥有的IP，因为允许一个网卡设置多个IP，所以接口的IP是数据包出去时的IP，网关是数据包从接口出去后，第一个访问的地址，不一定是路由器的…有可能是电信的服务器、有可能是公司的代理服务器，主要是看这个网关地址是哪里才能初步判断是什么东西。
(2)、网关是指数据从你接口出去先走哪里。比如就是你要出门，先要走你家大门一样，有些家庭不止一个大门的，所以要指定。
(3)、“在链路上”即指你电脑访问网络的链路中存在多个网关，VISTA以上的系统支持配置多个网关的多重网络。
(4)、mac上面的路由表：目标 指的是网段号；xp上面的路由表 ，目标指的是，网络地址，后面还跟着子网掩码，这样就可以计算出 网段号。
(5)、权值（英语：Metrics），又称路由度量（routing metric），是电脑网络上，路由的参数之一，这个参数被用来决定某个特定路径是否应该被选择。权值主要在动态选径时使用。权值包含了被路由算法使用来决定哪一条路径较另一条路径好的所有数值。度量可能包括许多资讯，例如带宽、延迟、经过节点数、路径成本、负载、最大传输单元（MTU）、可靠性及传输成本等。路由表只储存最佳的可能路径，但连线状态或拓扑数据库可能储存其他相关的资讯。【来自维基百科】
路由会选择最低权值的闸道器路径（预设路径，default gateway）前进。如果权值为0，代表该路径的目的地，与本地端界面是连接在同一个网络上。如果权值大于零，该路径的目的地会被认为外部位址，必须透过外部闸道器才能抵达目的地。
5、路由表实例
如下图：详细介绍路由器的工作原理
1)HostA在网络层将来自上层的报文封装成IP数据包，其中源IP地址为自己，目标IP地址是HostB，HostA会用本机配置的24位子网掩码与目标地址进行“与”运算，得出目标地址与本机不是同一网段，因此发送HostB的数据包需要经过网关路由A的转发。
2)HostA通过ARP请求获取网关路由A的E0口的MAC地址，并在链路层将路由器E0接口的MAC地址封装成目标MAC地址，源MAC地址是自己。
3)路由器A从E0可接收到数据帧，把数据链路层的封装去掉，并检查路由表中是否有目标IP地址网段(即192.168.2.2的网段)相匹配的的项，根据路由表中记录到192.168.2.0网段的数据请发送给下一跳地址10.1.1.2，因此数据在路由器A的E1口重新封装，此时，源MAC地址是路由器A的E1接口的MAC地址，封装的目标MAC地址则是路由器2的E1接口的MAC地址。
4)路由B从E1口接收到数据帧，同样会把数据链路层的封装去掉，对目标IP地址进行检测，并与路由表进行匹配，此时发现目标地址的网段正好是自己E0口的直连网段，路由器B通过ARP广播，获知HostB的MAC地址，此时数据包在路由器B的E0接口再次封装，源MAC地址是路由器B的E0接口的MAC地址，目标MAC地址是HostB的MAC地址。封装完成后直接从路由器的E0接口发送给HostB。
5)此时HostB才会收到来自HostA发送的数据。
总结：路由表负责记录一个网络到另一个网络的路径，因此路由器是根据路由表工作的。
二、mac地址表
说到MAC地址表，就不得不说一下交换机的工作原理了，因为交换机是根据MAC地址表转发数据帧的。在交换机中有一张记录着局域网主机MAC地址与交换机接口的对应关系的表，交换机就是根据这张表负责将数据帧传输到指定的主机上的。
交换机的工作原理
交换机在接收到数据帧以后，首先、会记录数据帧中的源MAC地址和对应的接口到MAC表中，接着、会检查自己的MAC表中是否有数据帧中目标MAC地址的信息，如果有则会根据MAC表中记录的对应接口将数据帧发送出去(也就是单播)，如果没有，则会将该数据帧从非接受接口发送出去(也就是广播)。
如下图：详细讲解交换机传输数据帧的过程
1)主机A会将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址为主机B的数据帧发送给交换机。
2)交换机收到此数据帧后，首先将数据帧中的源MAC地址和对应的接口(接口为f 0/1) 记录到MAC地址表中。
3)然后交换机会检查自己的MAC地址表中是否有数据帧中的目标MAC地址的信息，如果有，则从MAC地址表中记录的接口发送出去，如果没有，则会将此数据帧从非接收接口的所有接口发送出去(也就是除了f 0/1接口)。
4)这时，局域网的所有主机都会收到此数据帧，但是只有主机B收到此数据帧时会响应这个广播，并回应一个数据帧，此数据帧中包括主机B的MAC地址。
5)当交换机收到主机B回应的数据帧后，也会记录数据帧中的源MAC地址(也就是主机B的MAC地址)，这时，再当主机A和主机B通信时，交换机根据MAC地址表中的记录，实现单播了。
如下图：当局域网存在多个交换机互联的时候，交换机的MAC地址表是怎么记录的呢？
1)主机A将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址主机C的数据帧发送给交换机
2)交换机1收到此数据帧后，会学习源MAC地址，并检查MAC地址表，发现没有目标MAC地址的记录，则会将数据帧广播出去，主机B和交换机2都会收到此数据帧。
3)交换机2收到此数据帧后也会将数据帧中的源MAC地址和对应的接口记录到MAC地址表中，并检查自己的MAC地址表，发现没有目标MAC地址的记录，则会广播此数据帧。
4)主机C收到数据帧后，会响应这个数据帧，并回复一个源MAC地址为自己的数据帧，这时交换机1和交换机2都会将主机C的MAC地址记录到自己的MAC地址表中，并且以单播的形式将此数据帧发送给主机A。
5)这时，主机A和主机C通信就是一单播的形式传输数据帧了，主机B和主机C通信如上述过程一样，因此交换机2的MAC地址表中记录着主机A和主机B的MAC地址都对应接口f 0/1。
总结：从上面的两幅图可以看出，交换机具有动态学习源MAC地址的功能，并且交换机的一个接口可以对应多个MAC地址，但是一个MAC地址只能对应一个接口。
注意：交换机动态学习的MAC地址默认只有300S的有效期，如果300S内记录的MAC地址没有通信，则会删除此记录。
三、ARP缓存表
上面我们讲解了交换机的工作原理，知道交换机是通过MAC地址通信的，但是我们是如何获得目标主机的MAC地址呢？这时我们就需要使用ARP协议了，在每台主机中都有一张ARP表，它记录着主机的IP地址和MAC地址的对应关系。
ARP协议：ARP协议是工作在网络层的协议，它负责将IP地址解析为MAC地址。
如下图：详细讲解ARP的工作原理。
1)如果主机A想发送数据给主机B，主机A首先会检查自己的ARP缓存表，查看是否有主机B的IP地址和MAC地址的对应关系，如果有，则会将主机B的MAC地址作为源MAC地址封装到数据帧中。如果没有，主机A则会发送一个ARP请求信息，请求的目标IP地址是主机B的IP地址，目标MAC地址是MAC地址的广播帧(即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，源IP地址和MAC地址是主机A的IP地址和MAC地址。
2)当交换机接受到此数据帧之后，发现此数据帧是广播帧，因此，会将此数据帧从非接收的所有接口发送出去。
3）当主机B接受到此数据帧后，会校对IP地址是否是自己的，并将主机A的IP地址和MAC地址的对应关系记录到自己的ARP缓存表中，同时会发送一个ARP应答，其中包括自己的MAC地址。
4)主机A在收到这个回应的数据帧之后，在自己的ARP缓存表中记录主机B的IP地址和MAC地址的对应关系。而此时交换机已经学习到了主机A和主机B的MAC地址了。
参考：
mac表 arp表 路由表 http://blog.51cto.com/dengqi/1223132
en0 en1 问题 https://blog.csdn.net/yangziluomu?t=1
traceroute 原理及实现 https://www.jianshu.com/p/75a5822d0eec
Traceroute原理解析 https://www.jianshu.com/p/9465fa3abe47
Metrics 问题 https://en.wikipedia.org/wiki/Metrics_(networking)