Современные коммутаторы имеют довольно сложную архитектуру (на примере Cisco):
Пакет анализируется специальным чипом по таблице сравнения, которая хранится в памяти особой архитектуры (
ассоциативная RAM). Если ассоциации нет, пакет отправляется в центральный процессор на роутинг.
Если центральный процессор может смаршрутизировать пакет, он записывает в ассоциативную RAM признаки, чтобы чип коммутатора мог сразу закинуть пакет куда надо.
Однако лучше не опираться на это (это только запутывает). На деле, нужно полагать, что пакет всегда идет на L3 маршрутизацию, прогоняется по таблице маршрутизации и отправляется куда надо.