三层网络架构是采用层次化架构的三层网络。
三层网络架构采用层次化模型设计，即将复杂的网络设计分成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能，这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。三层网络架构设计的网络有三个层次：核心层（网络的高速交换主干）、汇聚层（提供基于策略的连接）、接入层 （将工作站接入网络）。
- 核心层：核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重要的作用。核心层应该具有如下几个特性：可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。在核心层中，应该采用高带宽的千兆以上交换机。因为核心层是网络的枢纽中心，重要性突出。核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的，也可以使用负载均衡功能，来改善网络性能。
- 汇聚层：汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，就是在工作站接入核心层前先做汇聚，以减轻核心层设备的负荷。汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网（VLAN）之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。在汇聚层中，应该选用支持三层交换技术和VLAN的交换机，以达到网络隔离和分段的目的。
- 接入层：接入层向本地网段提供工作站接入。在接入层中，减少同一网段的工作站数量，能够向工作组提供高速带宽。接入层可以选择不支持VLAN和三层交换技术的普通交换机。
三层网络结构短板
三层网络结构基于性能瓶颈和网络利用率等等的原因，资深的网络设计师都在探索新的数据中心的拓扑结构。
三层网络结构数据中心网络传输模式是不断地改变的。大多数网络都是纵向（north-south）的传输模式—主机与网络中的其它非相同网段的主机通信都是设备-交换机-路由到达目的地。同时，三层网络结构在同一个网段的主机通常连接到同一个交换机，可以直接相互通讯。
然而，三层网络结构现代数据中心的计算和存储基础设施，主要网络流量模式从已经不止是单纯的不同网段之间通讯。三层网络结构内外网的通讯、网络段分布在多个接入交换机，要求主机通过网络互连等这些环境。这些三层网络结构网络环境的变化催生了两种技术趋势：网络收敛和虚拟化。
- 网络收敛：三层网络结构中，储存网络和通信网络在同一个物理网络中。主机和阵列之间的数据传输通过储存网络来传输，在逻辑拓扑上就像是直接连接的一样。如ISCSI等。
- 虚拟化：将物理客户端向虚拟客户端转化。虚拟化服务器是未来发展的主流和趋势，它将使三层网络结构的网络节点的移动变得非常简单。
横向网络（east-west）在纵向设计的三层网络结构中传输数据会带有传输的瓶颈，因为数据经过了许多不必要的节点（如路由和交换机等设备）。如果三层网络结构上主机需要通过高速带宽相互访问，但通过层层的uplink口，会导致潜在的、而且非常明显的性能衰减。三层网络结构的原始设计更会加剧这种性能衰减，由于生成树协议会防止冗余链路存在环路，双上行链路接入交换机只能使用一个指定的网络接口链接。
虽然增大内部交换层的带宽有助于改善三层网络结构的传输阻塞，但这样受益的只是一个节点。E-W模式中主机之间的的数据传输并非同一时间只是存在两个节点之间。相反，三层网络结构数据中心中的主机之间在任何时间都有数据传输的。因此，三层网络结构增加带宽这种高成本低效率的投资只是治标不治本。