假设两个使用 IP 的站点要通过三层交换机进行通信。站点 A 在开始发送信息时，已知目的 IP 地址，但不知道在局域网上发送所需要的目的 MAC 地址，要采用地址解析协议（ARP）来确定目的 MAC 地址。这可以分为以下两种情况进行讨论，更多相关知识：http://www.zhengdaole.com。
站点 A 如何得到站点 B 的 MAC 地址呢？A 广播一个 ARP 请求，B 返回其 MAC 地址。A 得到目的站点 B 的 MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此 MAC 地址封包转发数据，二层交换模块通过查找 MAC 地址表确定将数据包发向目的端口，如果开展呼叫中心业务，需要了解呼叫中心职务晋升。
② 通信的两个站点不在同一个子网内。例如 A 要和 C 通信，A 要向三层交换模块广播一个 ARP 请求，如果三层交换机模块在以前的通信过程中已经知道 C 站的 MAC 地址，则向发送站 A 回复 C 的 MAC 地址，然后 A 通过二层交换模块向 C 转发数据。若三层交换模块不知道 C 站的 MAC 地址，则会根据路由信息广播一个 ARP 请求，C 站收到此 ARP 请求后向三层交换模块回复其 MAC 地址，三层交换模块便会保存此地址并回复给发送站 A，同时将 C 站的 MAC 地址发送到二层交换引擎的 MAC 地址表中。此后，A 向 C 发送的数据包便全部交给二层交换机处理，信息得以高速交换。
从三层交换机的工作原理可以看出，仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都是通过二层交换转发，因此，三层交换机的速度很快，接近于二层交换机的速度，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
另外，与传统的二层交换技术相比，三层交换机在划分子网和广播限制等方面提供了较好的控制。传统的通用路由器与二层交换机一起使用也能达到此目的，但是与使用三层交换机的方案相比，三层交换机需要更少的配置、更小的空间、更少的布线，价格更便宜，并能提供更高、更可靠的性能。
归纳起来，三层交换机具有高性能、安全性、易用性、可管理性、可堆叠性、服务质量及容错性等技术特点。
