三层交换机与路由器具有一些相似之处。它们都具备路由功能，并在三层级别上工作，依据IP地址进行数据转发。然而，它们之间存在一些明显差异。

首先，在适用的环境上有所不同。三层交换机更加重视数据的快速交换，并因此具备路由功能。然而，相对于路由器而言，三层交换机在路由能力、性能以及拓展性协议支持等方面存在较大差距。最明显的缺陷是三层交换机缺乏网络地址转换（NAT）功能。路由器则能够提供灵活的NAT功能，并支持多种不同类型的NAT转换，如静态NAT、动态NAT或者NAPT。此外，路由器还具备一些高级功能，例如上网行为管理等，而这些功能在三层交换机上是不存在的。

其次，三层交换机主要用于连接简单的局域网，而路由器则连接各种复杂类型的网络。三层交换机的路由功能通常较为简单，路由路径远没有路由器那么复杂。它主要面对的是简单的局域网连接需求。在局域网中，三层交换机的主要用途仍然是提供高速数据交换功能，以满足局域网中频繁的数据交换要求。而路由器则不同，它的设计目标是满足各种类型网络的连接需求。路由器的路由功能更多地体现在不同类型网络之间的互联上，例如局域网与广域网之间的连接、不同协议网络之间的连接等。因此，路由器主要用于不同类型网络之间的连接。它的主要功能在于路由转发，解决各种复杂路由路径网络的连接问题是其最终目标。因此，路由器的路由功能通常非常强大，不仅适用于同种协议的局域网之间的连接，还适用于不同协议的局域网与广域网之间的连接。路由器具备的功能包括选择最佳路由、负载均衡、链路备份以及与其他网络进行路由信息交换等。为了满足与各种类型网络的连接需求，路由器拥有丰富的接口类型，而三层交换机通常只具备相对简单的同类型局域网接口。

从技术上来说，路由器和三层交换机在数据包交换操作方面存在明显区别。路由器通常使用基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，而三层交换机则通过硬件来执行数据包交换。三层交换机在经过第一个数据流进行路由后，会生成一个MAC地址与IP地址的映射表。当相同的数据流再次经过时，它会直接通过二层转发，而不需要再进行路由选择。这消除了路由器进行路由选择所带来的网络延迟，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，利用缓存和ASIC技术的方式实现，从而节省成本并实现快速转发。而路由器的转发使用最长匹配方法实现，较为复杂，通常通过软件实现，转发效率较低。

在整体性能方面，三层交换机的性能远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网。而尽管路由器具有强大的路由功能，但其数据包转发效率远低于三层交换机，更适合于不同类型网络的互联，例如局域网与互联网的互联，而不是数据交换频繁的场景。如果将路由器，特别是高档路由器用于局域网，那在很大程度上是一种浪费（就其强大的路由功能而言），且不能满足局域网通信性能的需求。

从硬件角度来看，三层交换机通过交换芯片转发数据，而路由器通过CPU转发数据。因此，三层交换机在网络收敛方面较慢，并且抵抗网络震荡的能力较弱。

另外，两者的数据处理方式也存在差异。三层交换机的首包通过CPU转发，一次路由多次交换，并通过ARP协议建立交换芯片的硬件表项。后续报文可以直接通过交换芯片进行硬件转发，实现一次路由多次交换。而路由器经过路由表选择路由后，激活路由并下发到FIB表中。在到达路由器时，数据通过FIB表的最长匹配原则进行查表转发。因此，三层交换机在数据转发速度上优于路由器。