在92年，就已經有三層交換機誕生，那麽到底什麽是三層交換機呢？在早期，人們想把二層交換和三層路由功能結合在壹臺設備上，以減少 設備數量。那時第三層交換是基於軟件的，轉發速度很慢，後來才發展到以硬件來實現三層交換。從今天來看，三層交換機實質就是壹種特殊的路由器，是壹種在性能上側重於交換（二層和三層），有很強交換能力而價格低廉的路由器。它以ASIC實現IP包的三層交換，其交換能力都在MPPS以上，而傳統的路由器壹般不超過10萬包/秒（這裏指的是單塊板的轉發能力，不是指采用分布式轉發情況多塊板的總的轉發能力，也不包括現在采用昂貴的網絡處理器構成的GSR等，此外現在有更高速CPU推出，但也很難超過1MPPS 3）。網絡處理器價格高昂在於它除了三層交換部分本身比較復雜外，它還有很強的QOS，POLICY等功能。以IBM的Rainer處理器為例：它的 硬件可管理上千個流，軟件配置不同流的帶寬，內嵌 PowerPC 處理器； 擁有大量的協處理器和硬件加速器，可以並行地處理數據。而三層交換機的轉發部分為了降低成本，根本不可能線速支持上千個流並有能力進行帶寬分配。原來有人有壹種觀點，那就是用最長匹配實現大路由表查找的CAM很貴，換句話說用硬件來實現大路由表的最長匹配搜索成本很高，從調查資料來看，這種觀點看來並不壹定對。路由表的搜索采用CAM實現成本也並不高。以 Kawasaki LSI公司的支持最長匹配搜索的的CAM芯片KE5BLME064為例，它支持64K的路由前綴項，每個ENTRY 40bit 寬，包搜索速度可達6.7Mpps，時延為數百個納秒，而價格不到60美元6。當然減少支持的路由表項無疑能降低成本，而且就三層交換機通常的應用環境來看不需要太多的路由表項，因此壹般三層交換機支持的路由表項比GSR要少，例如CISCO 4000系列只支持到16K--32K路由表項，北電的ACCLER 1000支持32K。不過CISCO應用在6500系列上的SUPER ENGINES 2已經支持到128K，已經可以和骨幹網路由器的表項相當了。CISCO設計的轉發引擎上支持的路由表越來越大和CISCO考慮到三層交換機往城域網和骨幹網上應用有關。總的來看，網絡處理器之所以貴，應該還是貴在它的靈活性上，貴在支持QOS，POLICY，以及多種協議，尤其是有些協議還沒有完全形成標準，網絡處理器可能只需修改軟件就可以支持（多數三層交換機就有困難，這也導致有很多廠家早期三層交換機與現在的協議不兼容），網絡處理器要對包內容進行更多的識別，更復雜的調度，為了達到線速處理，裏面常集合多個微引擎，支持多線程處理。這些也許才是導致網絡處理器價格急劇上升的主要原因。相比起來三層交換機在這方面能力就很弱，例如CISCO 6000系列只支持16個QOS隊列，4000只支持壹個，5500支持兩個，而Extreme的 三層引擎只支持4個隊列。
因為是采用硬件實現三層交換，所以交換速度能做到很高，但要想同時支持大量三層協議，如IP, IPX，AppleTalk, DECnet等等，這些協議的封包格式不壹樣，用軟件實現起來容易，用硬件實現卻非常困難，用硬件實現轉發的協議太多，只會帶來成本的急劇上升，因此三層交換機上壹般只考慮支持較為常用的IP，IPX協議，IP多播。也有的三層交換機支持其它的，但那是用軟件實現的，轉發速率較低，例如 CISCO 的CATALYST 6000系列就在MSFC上用軟件實現AppleTalk等，轉發速率在10萬－20萬包/秒4。
三層交換機現在主要提供以太網接口。以太網技術簡單，價格低廉，在企業網裏應用最為普遍，三層交換機采用以太網接口，能為企業網提供廉價而高速交換的設備，替代價格高昂而性能卻上不去的的路由器。三層交換機的ASIC同時提供IP的二層和三層交換，把原來二層以太網交換機和路由器的功能熔為壹體，極大的降低了用戶的成本。隨著寬帶業務的興起，三層交換機的應用範圍不斷拓展，尤其是GE和10G以太網技術的迅速發展，導致三層交換機從企業網已經逐步走向了城域網，而應用範圍的拓展也促進了其設計的革新。例如原來在三層交換機廣泛采用的是CACHE技術，在三層交換機往城域網和骨幹網上應用時，業務流無規則性越來越強，網絡拓撲變更也有增加，因為視頻語言業務的增加，QOS等也有需求，采用這種技術的弊病越來越明顯；三層交換機在向城域網和骨幹網上發展時要求三層交換機需要支持的協議也越來越多，如有的廠家三層交換機已經支持OSPF, BGP，MPLS等協議，有的甚至采用可編程ASIC,支持IPV6。
三層交換機上支持的接口種類也越來越多，有的已經支持廣域網口，例如CISCO 6000系列就提供廣域網模塊 flexWAN，可提供各種廣域網接口。如ATM ，POS，幀中繼,PPP等。但這部分也是和傳統路由器壹樣，用軟件來處理的, flexWAN上有兩個263M的RM7000處理器來處理這些廣域網接口協議，接口速度上不去，目前只支持到OC-3 ATM或OC-3 POS。這些廣域網接口的適配器和CISCO 7200/7500系列兼容； 但可以肯定，如果妳想在三層交換機上選用廣域網接口，那和普通路由器上的廣域網接口價格應該差不多，因為在接口上采用的技術是壹樣的。但這樣壹來，三層交換機導致了壹向引以提供廣域網接口而作為賣點的諸如CISCO 7000這類路由器就鮮有出路，有評論說這類路由器正在走向終結。
三層交換機壹般不支持廣域網口還有壹個原因就是因為不同的廣域網口，其MTU可能不壹樣，這樣如果要達到線速轉發的話，就必須在硬件上支持分片，這會導致設計很繁瑣，目前的三層交換機都不支持分片，而交換機上全部采用以太網接口就不存在這壹問題。 但這些廠家只是為了增強三層交換機的賣點而提供的多種廣域網接口和協議模塊，不能從硬件上就提供二層高速轉發，而純利用三層交換機的三層交換交換功能，不能充分發揮三層交換機的功能。增加廣域網接口有個好處就是如果三層交換機需要和廣域網相連上internet的話，就比較靈活，不壹定在出口處非加壹級路由器，而目前很多廠家三層交換機對廣域網口不支持，結果在組網時上連internet都要增加壹個路由器，當然這裏不完全是因為接口的原因，還有這些三層交換機支持協議有限，例如不支持BGP協議，支持的路由表項不足，防火墻功能不完善有關系。
三層交換機根據應用場合分多種檔次，性能和價格都不壹樣，不能壹概而論。在城域網甚至骨幹網上應用的三層交換機，要求在三層交換機上增加的功能也多，性能的提高伴隨著設計復雜度的增大，必然帶來價格的上升，特別高端的三層交換機實際就和GSR沒有區別了。應該說，如果達到這個檔次的三層交換機實際已經不能叫三層交換機，就象JUNIPER的高端路由器壹樣，它的主要部件都是以ASIC設計的，我們稱之為三層交換機也不是不可以，但它的ASIC實現的功能太復雜，太強大，價格很高昂，還是稱之為高端路由器更合適。通常的三層交換機之所以被稱為交換機就是因為它的功能有限，主要以面向交換為目的，所以才稱之為交換機。它的設計主要以面向企業網和城域網而設計的，在這個層面上需求的數量達，對這個層面上的用戶而言，在達到滿足主要性能的前提下，成本是最重要的考慮因素，它以夠用為準則，不強調在三層交換機上實現過多的協議，提供過多根本用不上的功能5。例如，在三層交換機上實現很強大的QOS，支持BGP協議等，這些在絕大多數用戶那兒實際並沒有用處。在目前國內建設城域網時，它實際也不壹定要考慮太多QOS，目前主要還是上NTERNET。這實際也符合中國的國情，就拿視頻點播來說，在中國租壹張碟片只需壹兩塊錢甚至幾角錢，VCD機在城市用戶幾乎普及，有多少人願意去點播呢？
理解三層交換機的應用範圍和要達到低成本的要求，就能理解為什麽三層交換機在Cos, POLICY等方面功能較弱，主要提供以太網口，支持有限服務，有限協議，有限路由功能。三層交換機主要提供以太網接口，各種速率的以太網接口其幀格式都相似，很容易用硬件實現二層的高速轉發，壹般其二層轉發功能遠遠超過三層功能，很多三層交換機二層轉發能力都在100MPPS，而三層轉發能力只有幾個MPPS。GE和10GE以其低廉的價格，為三層交換機在廣域網上的應用提供了很好的條件。
三層交換機在交換網上采用的技術和路由器都壹樣，沒有什麽差別。例如CISCO 6500系列就采用CROSS BAR技術。