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第 3 层是用于描述第三层通信协议的术语。它是包含特定于应用程序的协议和服务的级别，例如 Web 浏览器、电子邮件程序或即时消息客户端。该层负责为用户应用程序提供对网络资源和服务的访问。
第 3 层网络基于数据包交换技术，其中数据包通过不同路径上的多个路由器从源路由到目的地，以便有效地到达最终目的地。每个路由器根据延迟或成本等某些指标自行决定如何最好地路由每个数据包。这些路由决策的组合形成了称为互联网络（或网状网络）的第 3 层拓扑。由于不同数据包采用不同的路由，数据包可能会乱序到达，并且需要第 4 层（传输）的特殊技术才能将它们重新组装成原始形式，然后再呈现在堆栈的更高层。
与第 2 层网络相比，第 3 层网络在可扩展性和虚拟化功能方面提供了更大的灵活性，但需要在每个节点上运行称为“路由器”的专用软件，以确定如何在不同距离的节点之间路由流量。因此，它们不仅比第 2 层同类产品更复杂，而且也更昂贵，因为交换机和电缆等相关硬件成本必须根据网络需求的规模单独购买或从电信提供商处租赁。
此外，传统的路由算法在大规模环境中应用时可能具有有限的可扩展性，因此最近提出了诸如SDN（软件定义网络）之类的替代方法，以便更好地控制组织局域网内的流量，而无需购买额外的硬件传统上与路由器和交换机等网络解决方案相关的组件。 SDN 允许网络管理员仅使用一个中央控制器设备来配置整个网络，而不是依赖于各个设备之间的多个点对点连接，这大大减少了设置时间和复杂性，同时提高了整体性能和可靠性，因为所有设备现在都通过这个单一集线器直接通信而不是沿着较长的路径通过单独的中间节点，从而在高峰时段使用期间产生瓶颈，否则如果不进行适当管理，则会限制吞吐量。
