三层交换机的由来：
网络技术随着应用的需求在不断的进化和演变。80年代初期，***代局域网技术开始应用于企业内部组网时，当时的应用主要局限于主机连接、文件和打印共享，多个用户共享10Mbit/s信道已能满足要求。
随着网络规模的日益扩大，网上用户越来越多。特别是用户的应用已转向客户/服务器、大流量的应用、Intranet Web访问和实时音像服务。当时的网络系统已不能胜任，表现在：HUB是基于共享介质的通信设备，它是一种***层设备。用户数据的碰撞检测和出错重发过程使传输的效率大大降低。桥可起到网段微化、减小碰撞域从而优化局域网性能的目的。它是一种第二层设备，可识别MAC地址，可以作到局域网间信息的智能转发。
但它是对高层(第三层交换机技术以上)协议透明的设备，不能有效的阻止广播风暴。路由器在子网间互联、安全控制、广播风暴限制等方面起了关键的作用，但其复杂的算法、较低的数据吞吐量使其成为网络的瓶颈。
意识到以上问题，业界从HUB和桥这些直接面向用户、可独立形成局域网的基础设备入手，对网络技术进行了革命，其中***的变革就是在新一代的网络系统集成中，用局域网交换机替代HUB，以提高网络的性能。
90年代初的网络系统的集成模式中，大量引入局域网交换机，局域网交换机是一种第二层网络设备，它可理解网络协议的第二层如MAC地址等。第三层交换机技术在操作过程中不断的收集资料去建立它本身的地址表。这个表相当简单，主要标明某个MAC地址是在哪个端口上被发现的，所以当交换机接收到一个数据封包时，它会检查该封包的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以决定从哪个端口发送出去。而不是象HUB那样，任何一个发方数据都会出现在HUB的所有端口上(不管是否为你所需)。
第三层交换机技术的引入使得网络站点间可独享带宽，消除了无谓的碰撞检测和出错重发，提高了传输效率，在交换机中可并行的维护几个独立的、互不影响的通信进程。在交换网络环境下，用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送，其他节点是不可见的。但有一点例外，当某一节点在网上发送广播或多目广播时，或某一节点发送了一个交换机不认识的MAC地址封包时，交换机上的所有节点都将收到这一广播信息。整个交换环境构成一个大的广播域。
二层交换机技术：
传统的局域网交换机是一种第二层交换机网络设备，它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个MAC地址表。这个表相当简单，基本上说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。这样当交换机收到一个以太网包时，它便会查看一下该以太网包的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把包发出去。但当交换机收到一个不认识的包时，也就是说如果目的MAC地址不在MAC地址表中，交换机便会把该包“扩散”出去，即从所有端口发出去，就如同交换机收到一个广播包一样，这就暴露出传统局域网交换机的弱点：不能有效的解决广播、异种网络互连、安全性控制等问题。因此，产生了交换机上的VLAN（虚拟局域网）技术。
三层交换技术：
三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层交换机――数据链路层进行操作的，而三层交换技术在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。简单的说，三层交换技术就是“第二层交换机技术 + 三层转发”。三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
第二层交换机通讯过程：
假设两个使用IP协议的站点A、B通过第二层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，会先拿自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。具体步骤如下：为了得到站点B的 MAC地址，站点A首先发一个ARP广播报文，请求站点B的MAC地址。该ARP请求报文进入交换机后，首先进行源MAC地址学习，芯片自动把站点A的MAC地址以及进入交换机的端口号等信息填入到芯片的MAC地址表中，然后在MAC地址表中进行目的地址查找。由于此时是一个广播报文，交换机则会把这个广播报文从进入交换机端口所属的VLAN中进行广播。B站点收到这个ARP请求报文之后，会立刻发送一个ARP回复报文，这个报文是一个单播报文，目的地址为站点A的MAC地址。
该包进入交换机后，同样，首先进行源MAC地址学习，然后进行目的地址查找，由于此时MAC地址表中已经存在了A站点MAC地址的匹配条目，所以交换机直接把此报文从相应的端口中转发出去。通过以上一次ARP过程，交换芯片就把站点A和B的信息保存在其MAC地址表中。以后A、B之间进行通信或者同一网段的其它站点想要与A或B通信，交换机就知道该把报文从哪个端口送出。从以上过程可以看出，所有二层转发都是由硬件完成的，无论是MAC地址表的学习过程还是目的地址查找确定输出端口过程都没有软件进行干预。
三层交换机通讯过程：
站点A、B通过三层交换机进行通信。站点A和B所在网段都属于交换机上的直连网段，若站点A和站点B不在同一子网内，发送站A首先要向其“缺省网关”发出ARP请求报文，而“缺省网关”的IP地址其实就是三层交换机上站点A所属VLAN的IP地址。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，交换机就向发送站A回一个ARP回复报文，告诉站点A交换机此VLAN的MAC地址，同时可以通过软件把站点A的IP地址、MAC地址、与交换机直接相连的端口号等信息设置到交换芯片的三层硬件表项中。站点A收到这个ARP回复报文之后，进行目的MAC地址替换，把要发给B的包首先发给交换机。交换机收到这个包以后，同样首先进行源MAC地址学习，目的MAC地址查找，由于此时目的MAC地址为交换机的MAC地址，在这种情况下将会把该报文送到交换芯片的三层引擎处理。
一般来说，三层引擎会有两个表，一个是主机路由表，这个表是以IP地址为索引的，里面存放目的IP地址、下一跳MAC地址、端口号等信息。若找到一条匹配表项，就会在对报文进行一些操作（例如目的MAC与源MAC替换、TTL减1等）之后将报文从表中指定的端口转发出去。若主机路由表中没有找到匹配条目，则会继续查找另一个表――网段路由表。这个表存放网段地址、下一跳MAC地址、端口号等信息。
