第二层交换机提供的性能越来越好，可以满足个人计算机、工作站以及服务器产生的大通信量。但是，随着一幢楼或楼群中的设备数量不断增加，第二层交换机也显露出不足之处。尤其是出现了两个问题：广播超负荷和缺少多链路。为此，有些运营商推出了第三层交换机，它在硬件上实现了路由器的分组转发逻辑。

市场上有多种不同的第三层交换机体制，不过从本质上看，可以把它们分为两大类：分组式交换机和基于流的交换机。分组式交换机与传统路由器的操作方式相同。由于转发逻辑由硬件实现，与基于软件的路由器相比，分组式交换机在性能上呈数量级地增长。基于流的交换机试图通过识别具有相同源点和终点的IP分组流来提高性能。具体做法是通过观察当前通信量或是在分组首部中使用特殊的流标签（在IPv6中允许，但在IPv4中不可以）。一旦流被识别后，就可以建立一条经过网络预先定义的路由，以此加快转发处理速度。同样，它与完全基于软件的路由器相比，大大提高了性能。