VLAN的默认设置是不允许VLAN之间的通信。为了实现VLAN之间的通信，必须使用路由器。
但是，路由器是一个三层设备，不仅涉及硬件设计，而且还涉及软件设计，因此价格昂贵，并且路由器必须将每个数据包的目标地址与自己的路由表条目进行比较，以确定数据包的目的地。处理速度非常慢（相对于LAN速度），并且必须在大型网络的核心中使用路由器来执行VLAN数据交换将大大降低整个网络的效率，因此人们将快速组合起来交换机的交换能力与路由器的路由寻址能力一起出现，并且出现了三层交换的概念。
第三层交换工作在OSI七层网络模型的第三层（网络层）中，该网络层使用第三层协议中IP包的报头信息来标记后续的数据服务流，并且后续的服务流使用相同的标记将消息交换到第二个数据链路层，从而在源IP地址和目标IP地址之间打开一条路径。该路径穿过第二链路层。
使用此路径，三层交换机无需每次都对接收的数据包进行拆包来确定路由，而直接转发数据包并交换数据流。下图显示了第3层交换机和第2层交换机之间的连接。
VLAN之间的所有数据流都通过第3层交换机转发。第3层交换和路由之间的最大区别是路由需要路由和转发每个数据包，而第3层交换仅对每种通信的握手连接执行路由查找，而对实际用户数据仅执行第2层转发。
快很多。由于三层交换机具有路由功能，因此它还支持常见的路由协议，例如静态路由，RIP，OSPF等，并且三层交换机可以用作纯多以太网端口路由器。
此外，第3层交换机中的软件也与路由器中的软件有很大不同。它仅保留了一些对LAN有用的功能，例如访问控制列表，并省略了许多控制功能，从而大大提高了路由效率。
推出了一些Cisco交换机产品：Cisco Catalyst 2950交换机，第2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交换机具有24个10/100端口; 2950-12具有12个10/100端口; 2950T-24具有24个10/100端口和2个固定的10/100/1000 BaseT上行链路端口; 2950C -24具有24个10/100端口和2个固定的100 BaseFX上行链路端口。
Catalyst 2950具有8.8Gbps交换背板。 Catalyst 3550交换机具有三层交换功能，分为两种类型：SMI和EMI。
前者仅支持静态路由和RIP路由，而后者则支持诸如OSFP和EIGRP的路由协议。 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的背板可以达到24Gbps。 Catalyst 3750交换机和Catatlyst 3550之间的最大区别在于3750支持Cisco StackWise堆叠技术，该技术可使Cat3750的堆叠带宽达到16Gbps。
Catalyst 4500系列交换机是原始4000系列的升级产品。它可以部署在小型企业的核心层或中型企业的分布层，支持引擎和电源冗余，并提供在线电源。
Cisco Catalyst 4500系列包括三个新的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，最高可达64Gbps。
Catalyst 6000交换机可以部署在中型企业的核心层。 Cat6000具有超强的性能。
借助Supervisor 720引擎，它可以达到720Gbps的超级背板带宽。