國際標準化組織（ISO）提出的開放系統互連參考模型（OSI-RM）的下四層（物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層）為通信層，因此可以最底層逐一分析：

  （1）第一層

  為物理層，傳統的電路交換就屬于這一層。

  （2）第二層

  為數據鏈路層，從傳統意義上講，真正的交換即是屬于這一層。在這一層中采用了基于硬件的轉發機制，能夠轉發各種數據鏈路層的協議，包括局域網（LAN）中的以太網和高速令牌環網（FD-DI）以及廣域網（WAN）中通過VC交換的幀中繼（FR）和異步轉移模式（ATM）等，經典的LAN多端口網橋也屬于這一層。該層支持簡單的網絡分段，并能令網絡性能有明顯的改善。這第二層交換的流行，帶支了第三層和第四層交換的發展。

  （3）第三層

  是網絡層，主要的任務是為分組尋找合適的路由。傳統的路由器由于使用軟件和通用的CPU來實現對數據報的轉發，因而延遲比較大，轉發的速度也比較慢，而第三層交換正是針對這個問題提出的。所謂第三層交換并非只使用第三層的功能，而是把第三層的路由選擇與第二層的交換功能結合了起來，實現了網絡的快速分組。相應地，第三層交換機的目標也在于要兼備兩個特征，并通常采用專用集成電路（ASIC:Supplication Specific Integrated Circuit）將常用的軟件功能固化在硬件這中，形成完備的路由器的子集。在未來的第三層交換機中還將具備更多的功能，成為功能更加完備的路由器。例如，除了具有轉發的功能外，還將具備自動劃分數據流等級及服務等級的功能，以及提供某種形式的QoS等等，這將是第三層交換機的另一個重要特征。

  從20世紀90年代中期起，世界上各大公司都紛紛對第三層交換進行研究，并提出了許多不同的方案，推出了許多產品。比較有影響的有：Cisco公司的標記交換（TAG Swiching），Ipsilon公司的IP交換，東芝公司的信元交換路由器（CSR:Cell Switching Router）和IBM公司的ARIS（Aggregate Route based IP Switching），以及IETF的多協議標記交換（MPLS:Multi-Protocol Label Switching）等等。

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