В чем принципиальное отличие L3 коммутатора от маршрутизатора?
В предназначении и внутреннем устройстве)
L3-свич хорошо "гоняет" (пропускает без значимого изменения) трафик, делает обычный forwarding между сетями, умеет динамическую маршрутизацию. Из начального пакета он меняет в основном source и destination MAC-адреса, QoS да CRC. Конечно, навороченные коммутаторы умеют делать GRE, некоторые даже IPSec, но вы не получите большой производительности от этого.
Маршрутизатор именно "молотит" пакетики с данными - активно вносит изменения в заголовки, инкапсулирует в туннели, натит, терминирует ppp-сети. Он, как видите, активно меняет содержимое пакетов, залазя глубже уровня ethernet.
Отсюда отличие во внутреннем устройстве - внутри коммутатора ASICи и QoS-процессоры, внутри маршрутизатора - умные процессоры и другие различные приблуды для своих целей (аппаратная поддержка шифрования)
Если вы посмотрите router perfomance и switch perfomance таблицы, вы увидите, что у коммутаторов производительность измеряется в количестве пропущенного трафика, а у маршрутизатора - в количестве обработанных пакетов.
Ну и да, отличие, конечно же в наборе функций) Понятно, что тот же isis в большинстве случаев умеет и коммутатор, и маршрутизатор. Но если сравнивать по feature navigator например, вы увидите, что на самом деле коммутаторы умеют меньше.
В качестве дополнения к ответу @throughtheether добавлю.
В одной из книг Cisco давалось примерно следущее объяснение: Cisco изобрела маршрутизатор, поэтому советует в большей степени использовать маршрутизацию, нежели коммутацию, т.е. на уровне распределения создавать локальные VLAN и как можно меньше использовать end-to-end VLAN (которые простираются на всю сеть). А для того, чтобы была связность между локальными VLAN, и для того, чтобы из них можно было выйти, например, в Интернет, необходима маршрутизация. Вот её-то как раз и добавили на коммутаторы распределения - так они стали L3-коммутаторами. Постепенно они стали обрастать всё большим функционалом и грань между маршрутизатором и L3-коммутатором становилась всё меньше и меньше.
Поэтому, можно условно сказать, что L3-коммутаторы обеспечивают маршрутизацию внутри компании, а на границе стоит уже полноценный маршрутизатор, который обеспечивает выход во внешнюю сеть.