国际标准化组织（ISO）提出的开放系统互连参考模型（OSI-RM）的下四层（物理层、数据链路层、网络层、传输层）为通信层，因此可以最底层逐一分析：
（1）第一层
为物理层，传统的电路交换就属于这一层。
（2）第二层
为数据链路层，从传统意义上讲，真正的交换即是属于这一层。在这一层中采用了基于硬件的转发机制，能够转发各种数据链路层的协议，包括局域网（LAN）中的以太网和高速令牌环网（FD-DI）以及广域网（WAN）中通过VC交换的帧中继（FR）和异步转移模式（ATM）等，经典的LAN多端口网桥也属于这一层。该层支持简单的网络分段，并能令网络性能有明显的改善。这第二层交换的流行，带支了第三层和第四层交换的发展。
（3）第三层
是网络层，主要的任务是为分组寻找合适的路由。传统的路由器由于使用软件和通用的CPU来实现对数据报的转发，因而延迟比较大，转发的速度也比较慢，而第三层交换正是针对这个问题提出的。所谓第三层交换并非只使用第三层的功能，而是把第三层的路由选择与第二层的交换功能结合了起来，实现了网络的快速分组。相应地，第三层交换机的目标也在于要兼备两个特征，并通常采用专用集成电路（ASIC:Supplication Specific Integrated Circuit）将常用的软件功能固化在硬件这中，形成完备的路由器的子集。在未来的第三层交换机中还将具备更多的功能，成为功能更加完备的路由器。例如，除了具有转发的功能外，还将具备自动划分数据流等级及服务等级的功能，以及提供某种形式的QoS等等，这将是第三层交换机的另一个重要特征。
从20世纪90年代中期起，世界上各大公司都纷纷对第三层交换进行研究，并提出了许多不同的方案，推出了许多产品。比较有影响的有：Cisco公司的标记交换（TAG Swiching）,Ipsilon公司的IP交换，东芝公司的信元交换路由器（CSR:Cell Switching Router）和IBM公司的ARIS（Aggregate Route based IP Switching），以及IETF的多协议标记交换（MPLS:Multi-Protocol Label Switching）等等。
TAG Switching是处于交换边缘的路由器，将每个输入帧的第三层地址映射为简单的标记，然后把有标记的帧转化为ATM信元，再映射到VC上，在网络核心 ATM交换机进行标记交换，由路由器保存标记信息表（路由表），用以寻找第三层路由。最后，将标记信元送到目的地路由器上，由目的地路由器去掉信息标记，把信元转化成帧，送到最终的目的端。在这个过程中，通过交换标记（小的数据单元）和仅进行一次简单的标记查询就可提高转发帧的性能。
