Catalyst 4000系列第三层引擎为第三层交换提供了一个每秒600万个数据包的吞吐率，通过增加多个第三层服务模块，可以升级到更高。这一数据率适用于IP、IPX、IP组播和桥接传输，并且它是使用高速专用集成电路（ASIC）技术来完成真正第三层交换的结果。Catalyst 4000系列的第三层服务引擎支持8 GBps带宽的高性能体系结构，这种交换机架构能支持所有具有高速第三层路由和QoS的系统端口，并能以线速同时在双千兆位以太网上行链路上支持第三层服务。
Catalyst 4000系列第三层路由器安装在Catalyst 4003或Catalyst 4006机箱中，并能提供可选冗余电源。它支持高性能RISC处理器，该处理器提供的路由选择智能和优化GE ASIC可用于第三层交换。另外，Catalyst 4000系列第三层引擎使用了Cisco 快速转发（CEF），该技术可以提供基于整个网络拓扑的第三层交换，整个网络分布在多个ASIC上，允许自主交换决策而不需要使用中央CPU。
服务质量
Catalyst 4000系列的第三层服务提高了Catalyst 4000系列的集中式、无阻塞24 Gbps共享内存交换构架。通过支持对延迟敏感的传输，交换构架的丰富QoS能力使网络管理员能保护关键任务应用，并同时管理园区网络中的带宽。该交换构架支持每个流程排队（PFQ）、不同延迟优先级，使用加权循环（WRR）规划对延迟敏感的应用，使用不同的损耗优先级来管理阻塞和流量监督和整形。另外，交换构架按每个队列对内置其中的快速分组内存进行动态分配，动态分配和用户定义队列阈值及可配置队列规划加权等一起使用，确保适当地处理时间敏感传输而不丢失数据包。这些阈值和队列加权可以用CiscoAssure Policy Networking 来动态调整，从而允许实现端到端的服务质量解决方案。
每秒百万数据包的IP
Catalyst 4000系列第三层提供了一个全面的IP路由解决方案，而没有牺牲建立可伸缩网络所要求的任何服务。Catalyst 4000系列包括完全集成Cisco IOS的各种功能丰富的交换机，允许网络管理员像现在一样继续管理其网络，并同时将他们的配线室服务质量带宽提高到千兆速度。Catalyst 4000系列支持当今园区网中使用的所有路由协议。这些协议包括：
- 内部网关路由协议（IGRP）
- 增强IGRP（EIGRP）
- 开放最短路径优先协议（OSPF）
- 路由信息协议（RIP） V1和V2
- 边界网关协议（BGP）V4
- 静态路由
- 路由再分配
除了这些路由选择协议外，Catalyst 4000系列第三层服务支持建立一个可伸缩、可靠的网络所需的所有其他协议，其中包括：
- 热备份路由器协议（HSRP）
- Internet组群管理协议（IGMP）1和2
- 动态主机配置协议（DHCP）中继
- Cisco组群管理协议（CGMP）
- Internet控制消息协议（ICMP）
- 网关发现协议（GDP）
- ICMP路由器发现协议（IRDP）
- 自举引导协议（BOOTP）中继
