从技术上讲，路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别 。路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换 。三层交换机在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率 。同时，三层交换机的路由查找是针对数据流的，它利用缓存技术，很容易利用ASIC技术来实现，因此，可以大大节约成本，并实现快速转发 。而路由器的转发采用最长匹配的方式，实现复杂，通常使用软件来实现，转发效率较低 。
正因如此，从整体性能上比较的话，三层交换机的性能要远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网中;而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联 。如果把路由器，特别是高档路由器用于局域网中，则在相当大程度上是一种浪费(就其强大的路由功能而言)，而且还不能很好地满足局域网通信性能需求，影响子网间的正常通信 。综上所述，在局域网中进行多子网连接，最好还选用三层交换机，特别是在不同子网数据交换频繁的环境中 。一方面可以确保子网间的通信性能需求，另一方面省去了另外购买交换机的投资 。当然，如果子网间的通信不是很频繁，采用路由器也无可厚非，也可达到子网安全隔离相互通信的目的 。具体要根据实际需求来定 。
三层交换与路由最大的区别就在于：路由支持nat转换，而三层不支持 。在实际工程中体现出来就在：路由上直接接光纤可以上网，而将光纤接到三层设备上是不能上网的 。三层每个端口都有专用的mac地址，有专用的ASIC集成电路 。
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