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路由器與交換機是組網中非常主要的兩種設備。兩者有相似但也有不同的地方。三層交換機是一個帶有第三層路由功能的一個二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是基本的把路由器設備的硬件及軟件基本地疊加在局域網交換機上。
從硬件上看，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線（速率可高達幾十Gbit/s）交換數據的，在第三層交換機中，與路由器相關的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種形式使得路由模塊可以與須要路由的其他模塊間高速的交換數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限定。在軟件方面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統的基于軟件的路由器軟件執行 了界定。
其做法是：對于數據包的轉發：如IP/IPX包的轉發，這些規律的流程通過硬件得以高速實現。對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優化、高效的軟件實現。假設兩個運用 IP協議的機器通過第三層交換機執行 通信的流程，機器A在開始發送時，已知目的IP地址，但尚不知曉在局域網上發送所須要的MAC地址。要采用地址解析 （ARP）來確定目的MAC地址。機器A把自己的IP地址與目的IP地址比較，從其軟件中配置的子網掩碼提取出網絡地址來確定目的機器能不能與自己在同一子網內。若目的機器B與機器A在同一子網內，A廣播一個ARP請求，B返回其MAC地址，A得到目的機器B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封包轉發數據，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數據包發向目的端口。
若兩個機器不在同一子網內，如發送機器A要與目的機器C通信，發送機器A要向“缺省網關”發出ARP包，而“缺省網關”的IP地址已經在系統軟件中配置。這個IP地址實際上對應第三層交換機的第三層交換模塊。所以當發送機器A對“缺省網關”的IP地址廣播出一個ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信流程中已得到目的機器C的MAC地址，則向發送機器A回復C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據路由信息向目的機器廣播一個ARP請求，目的機器C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給發送機器A。以后，當再執行 A與C之間數據包轉發進，將用最終的目的機器的MAC地址封裝，數據轉發流程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。既所謂的一次選路，多次交換。
第三層交換具有以下突出特征 ：有機的硬件結合使得數據交換加快；優化的路由軟件使 得路由流程效率提高；除了必要的路由決定流程外，大部分數據轉發流程由第二層交換處理；多個子網互連時只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統的外接路由器那樣需添加端口，保衛了用戶的投資。
三種技能的比較
可以看出，二層交換機主要用在小型局域網中，機器數量在二、三十臺以下，這樣的網絡環境下，廣播包影響不大，二層交換機的高速交換功能、多個接入端口和低廉價錢為小型網絡用戶提供了很完備的處理方案。在這種小型網絡中根本沒必要引入路由功能從而添加管理的難度和費用，所以沒有必要運用路由器，當然也沒有必要運用三層交換機。
三層交換機是為IP設計的，接口類型基本，擁有很強二層包處理能力，所以適用于大型局域網，為了減小廣播風暴的危害，必須把大型局域網按功能或地域等因素劃他成一個一個的小局域網，也就是一個一個的小網段，這樣必然導致不同網段這間存在大量的互訪，單純運用二層交換機沒方法實現網間的互訪而單純運用路由器，則由于端口數量有限，路由速度較慢，而限定了網絡的規模和訪問速度，所以這種環境下，由二層交換技能和路由技能有機結合而成的三層交換機就最為適合。
路由器端口類型多，支撐的三層協議多，路由能力強，所以適合于在大型網絡之間的互連，雖然不少三層交換機甚至二層交換機都有異質網絡的互連端口，但一般大型網絡的互連端口不多，互連設備的主要功能不在于在端口之間執行 高速交換，而是要挑選最好路徑，執行 負載分擔，鏈路備份和最主要的與其它網絡執行 路由信息交換，所有這些都是路由完成的功能。
在這種情況下，自然不可能運用二層交換機，但能不能運用三層交換機，則視詳細情況而下。影響的因素主要有網絡流量、響應速度要求和投資預算等。三層交換機的最主要目的是加快大型局域網內部的數據交換，揉合進去的路由功能也是為這目的服務的，所以它的路由功能沒有同一檔次的專業路由器強。在網絡流量很大的情況下，假如三層交換機既做網內的交換，又做網間的路由，必然會大大加重了它的負擔，影響響應速度。在網絡流量很大，但又要求響應速度很高的情況下由三層交換機做網內的交換，由路由器專門負責網間的路由工作，這樣可以充分發揮不同設備的優勢，是一個很好的配合。當然，假如受到投資預算的限定，由三層交換機兼做網間互連，也是個不錯的挑選。
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