Przełącznik wielowarstwowy (, MLS) – przełącznik sieciowy, który poza przełączaniem ramek w warstwie drugiej (łącza danych) modelu OSI realizuje sprzętowo funkcje warstw wyższych – od trasowania pakietów w warstwie trzeciej po analizę informacji z warstw transportowej i aplikacji. Decyzje o przekazaniu ruchu podejmowane są na podstawie m.in. adresu MAC ramki, adresu IP z nagłówka warstwy sieciowej oraz numerów portów z nagłówka warstwy transportowej. Rozwiązanie opatentowali w 1991 roku inżynierowie Digital Equipment Corporation.
Działanie W odróżnieniu od klasycznego routera, który decyzje o trasowaniu podejmuje programowo przy użyciu mikroprocesora, przełącznik wielowarstwowy przekazuje pakiety sprzętowo – za pomocą specjalizowanych układów scalonych (ASIC) współpracujących z pamięcią adresowaną zawartością (CAM), a przy dopasowywaniu bardziej złożonych reguł (listy dostępowe, QoS) z jej odmianą TCAM (). Dzięki temu trasowanie odbywa się z prędkością łącza (), a opóźnienia przekazywania w różnych warstwach są porównywalne. W starszych implementacjach (np.