交換機和路由器的發展需要新的網絡設計和管理模式的誕生，但是目前很多高端交換機和路由器每秒鐘都可以轉發4.8億個數據包。從長遠看，帶寬本身總是不夠用的。網絡基礎設施背后的智能“設備”——交換機和路由器必須承擔起以智能化的方式跟上帶寬需求腳步的艱難任務。象視頻和數字X-射線這樣的應用總是要求更大、更智能化的“管道”，而VoIP應用要求低延遲和一致的傳送速率。

上世紀90年代中期，隨著傳統交換機的沒落，人們開始競相發展速度更快、智能化程度更高的交換機和路由器。硅谷一群天才式的人物看到了這一市場機會，在一種被稱為"多層交換路由"新概念的基礎上發明了組網硬件和相容的軟件。與當時僅基于軟件的路由器相比，這些新的“智能”交換機/路由器能夠提供更快的速度和更短的延遲，同時能夠將多個網絡設備的功能結合起來。

歷史上，當對網絡帶寬的需求增加時，網絡管理員通過對網絡進行重新設計來避免路由器瓶頸。服務器經常繞過路由器，重新安裝在離用戶更近的地方。例如，一組股票交易工作站可能遠離公司的其他設備，并與為其提供實時數據輸入的服務器放在一起。這是因為共享網絡資源（如路由器）的設備數量越少，每一設備能夠得到的帶寬就越多。傳統上，用戶與數據之間的距離越近，他們獲得數據的速度就越快，因為這樣可以避免產生路由器瓶頸。

在大型企業中，用戶被劃分為通過路由器實現互連的較小的網絡（子網）。用戶劃分的基礎通常是地域、運行的應用類型、需要的數據量和安全方面的原因。例如，會計部門經常被放置在自己的群組中，這樣就可以保護公司的財務記錄， 而不是因為它們所使用的帶寬。VoIP電話經常被放置在自己的網絡之中，這樣它們就可以繞過傳統路由器的瓶頸。

當計算機需要與不在自己所在的本地網絡中的其他計算機進行通信時，為將數據包發送到自己所在的群組之外，它們將數據包發送到距離自己最近的路由器。路由器提供公司與互聯網之間的連接和安全邊界，以及公司內部群組之間的連接（內部網）。傳統的路由器只有在絕對必要時才使用，如通過廣域網連接遠程辦公室、連接到互聯網以及隔離公司中有關鍵的、高帶寬要求的群組。傳統路由器當時很貴（現在仍是如此），而且與最初的設計相比并沒有重大的進展，使用的組件與一臺標準PC類似，并使用多個接口卡運行專用的軟件。

與之相比，多層交換路由器將所有這些功能集中在一個專用的特殊應用集成電路或ASIC上。ASIC比傳統路由器的CPU便宜，而且通常分布在網絡端口上。今天，典型的交換機和路由器可能在單一設備中包括了50個ASIC，可以支持數以百計的接口。新的ASIC允許智能交換機和路由器在所有的端口上以極快的速度轉發數據——無論網絡流量是什么類型。它們以實際接口速度（經常被稱為線速）轉發流量。現在，市場上為企業局域網（LAN）提供的新交換機和路由器，可在單一接口以每秒鐘萬兆位的帶寬（OC-192）轉發流量。

因為使用中央架構，傳統路由器經常缺乏可擴展性。到達路由器的所有數據包必須被送到一個單一的處理區。您擁有的接口數量越多，系統的負載越重，從而導致資源的過度占用。這會限制可以在網絡上運行的服務，如VoIP。

當一個使用中央阻塞架構的路由器需要處理的流量超出自己的容量時，它就會開始丟棄數據包。當網絡應用或計算機不能收到響應時，它們會為恢復會話而發送更多的數據包。這只會使情況更糟——因為很容易導致交叉會話過載。這種情況下，過載的路由器會發展出自己的非邏輯性思維，根據應用、用戶的優先級或網絡目的地/來源有選擇性地丟棄數據包。很明顯，需要一種新的處理流量增長的方法。

多年以來，傳統路由器的速度已經實現了很大的增長，但仍不足以跟上很多強大應用的腳步。例如，它們每秒鐘可以轉發將近100萬個數據包。考慮一個每秒鐘能夠發送1,488,000個數據包（pps）、但同時以1,488,000 pps的速度接收數據包的單一千兆以太網接口，這意味著2千兆以太網端口能夠輕易使系統過載。與此形成對比的是，多層交換機和路由器以線速轉發數據包。交換ASIC以分布式的方式存在，允許整個系統高效地輸送流量。當您添加更多的接口卡時，系統的處理能力也增加了——因為相關的邏輯和轉發決策分布在整個設備上。今天的一些高端交換機和路由器每秒鐘可以轉發4.8億個數據包。

這些新交換機和路由器使用一種新的網絡設計和管理模式。在實現線速轉發的今天，阻塞點可以被消除，用戶距數據的距離可以更遠，而且不必擔心性能的下降。我們前面例子中提到的股票交易商現在可以連接到與自己相距數個樓層或數百英里遠的服務器或網絡數據，具體距離取決于交換機和路由器所支持的接口類型以及所使用的電纜或光纖類型。此外，新的IP和優化的以太網路由器更易于管理，管理人員僅需花費很少的時間來保持網絡與新的應用同步。象網捷網絡BigIron機箱式系列產品，簡單地傳輸所有來自應用的流量，同時可隨著容量和速度的增加而增添更多的模塊即可。

為確定網絡流量的類型和數量，ASIC現在內置了新的數據包取樣技術，以提供整個系統流量監控的控制平臺。RFC 3176或sFlow現在已成為日益普及的方法，可以為企業和服務供應商提供網絡中應用流量的實時視圖，流量所需的帶寬，流量的去向。sFlow允許大型企業更好地監控跨多個部門的網絡資源的使用狀況。大學可以識別網絡中的非法的無線和有線的應用，并在網絡性能受到影響之前及時發現和制止對于拒絕服務（DoS）的攻擊。現在對于意識到安全性的重要的企業來說，RFC 3176正迅速成為必備的要求。

多層交換機和路由器的功能與傳統的路由器和交換機無異，它們將局域網（LAN）和城域網（WAN）的功能集成于單一的設備中。它們可在同組的用戶之間實現本地交換（即第2層交換），與不同組的用戶間實現路由（即第3層交換或路由），同時為應用提供安全性和特別服務（即第4層交換）。

在路由器中使用安全過濾經常是必要的——甚至全世界的政府都建議這樣做。路由器之所以成為理想的安全“檢查點”，是因為它們是網絡的入口和出口。在路由器上創建被稱為訪問控制列表（ACL）的復雜規則以后，路由器將根據這套規則來檢查每一個數據包。例如，這些規則可以只允許特殊的授權用戶訪問公司的數據。對于傳統路由器，根據安全規則檢查數據包是一個費時的過程。當路由器找到每一數據包中的第3層和第4層信息以后，它必須將這些信息與規則進行比較。啟用安全過濾一直都是一場“惡夢”，它會使路由器的速度更慢。當對性能的影響太大時，就需要使用特殊設備來分擔。

即使是多層交換路由器，它們在執行這一功能（同時保持線速性能）時也會面臨挑戰。當啟用安全性功能時，部分新交換機和路由器速度也會慢下來。不過，大多新型的交換機和路由器已經將這些安全策略集成到硬件上，因而，即使在啟用ACL的情況下，也能夠提供線速轉發性能。使用多層交換機和路由器進行安全和流量分析正在變得日益流行，這主要是因為網絡設備廠商將這種技術內置于多層交換機和路由器中。越來越多的網絡設備被整合到單一的設備中。您不再需要獨立的硬件來監視流量或安全性的某些方面，這可以為我們的網絡用戶帶來極大的好處。