VLAN的默认设置是VLAN之间不答应通讯的，要想实现VLAN 间的通讯，必须使用路由器，但是路由器是三层设备，不仅仅涉及到硬件设计还有其中的软件设计，因此价格昂贵，而且路由器要把每一个数据包的目的地址与自己的路由表项对比来决定数据包的去向，处理速度十分缓慢（相对于LAN的速度来说），要在大型的网络核心里使用路由器来进行VLAN的数据交换会使整个网络的效率大打折扣，于是人们将交换机的快速交换能力和路由器的路由寻址能力能力起来，出现的三层交换的概念。
第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。有了这条通路，三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判定路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换。三层交换机与二层交换机的连接见最下面的图，所有VLAN间的数据流都通过三层交换机转发。
三层交换与路由的最大区别在于：路由要对每一个数据包进行路由转发，而三层交换只对每次通讯的握手连接进行路由查找，对真正的用户数据只进行二层转发，速度快了很多。三层交换机既然具有路由能力，也就支持常用的路由协议，例如静态路由，RIP，OSPF等，可以把三层交换机做为纯粹的多以太网端口路由器使用。另外，三层交换机中的软件与路由器中的也大不相同，只是保留了部分对于LAN有用处的功能，例如访问控制列表，省略掉了很多控制功能，路由效率大大提高。
Cisco公司的部分交换机产品介绍：
Cisco catalyst 2950交换机，二层交换机，Catalyst 2950系列包括Catalyst 2950T-24、2950-24、2950-12和2950C-24交换机。Catalyst 2950-24交换机有24个10/100端口；2950-12有12个10/100端口；2950T-24有24个10/100端口和2个固定10/100/1000 BaseT上行链路端口； 2950C-24有24个10/100端口和2个固定100 BaseFX上行链路端口。Catalyst 2950具备8.8Gbps的交换背板。
Catalyst 3550交换机，有三层交换功能，分为SMI和EMI两种，前者只支持静态路由和RIP路由，后者支持OSFP，EIGRP等路由协议。Catalyst 3550系列包括Cat3550-24（24*10/100M+2*1000M GBIC），Cat3550-48（48*10/100M+2*1000M GBIC），Cat3550-12T（10*1000M TX+2*1000M GBIC），Cat3550-12G（10*1000M GBIC+2*1000M TX）。Cat3550的背板最大可达24Gbps。
Catalyst 3750交换机，与Catatlyst 3550最大的区别是3750支持思科StackWise堆叠技术，该技术使得Cat3750的堆叠带宽可以达到16Gbps。
Catalyst 4500系列交换机，是原来4000系列的升级产品，可部署于小型企业的核心层或者中型企业的分布层，支持引擎和电源的冗余，并提供线上供电功能。Cisco Catalyst 4500系列包括三种新型Cisco Catalyst 机箱：Cisco Catalyst 4507R（七个插槽）、Cisco Catalyst 4506（六个插槽）和Cisco Catalyst 4503（三个插槽）。Cat4500的交换性能取决于其配置的引擎模块，最大可达64Gbps。
Catalyst 6000交换机可部署于中型企业的核心层，Cat6000具有超强的性能，借助于Supervisor Engine 720引擎，可以达到720Gbps的超级背板带宽。
