Hiện nay có rất nhiều phương pháp định tuyến được sử dụng trong các mạng trung tâm dữ liệu. Có thể phân biệt hai hướng tiếp cận ở mức cao là thiết lập một mạng theo Lớp 2 và theo Lớp 3, mỗi hướng này đều có những ưu và nhược điểm riêng. Hướng tiếp cận theo việc thiết lập mạng Lớp 3 sẽ gán địa chỉ IP cho tất cả các host trong mạng theo từng cấp dựa vào switch kết nối trực tiếp với host đó. Ví dụ trong một mạng trung tâm dữ liệu 3 tầng, tất cả các host kết nối trực tiếp với cùng một switch ở tầng ToR (Top of Rack) sẽ được gán 26 bít tiền tố giống nhau, tất cả các host ở cùng một hàng sẽ có cùng 22 bít tiền tố. Việc gán địa chỉ IP một cách chính xác và hợp lý sẽ giảm được kích thước các bảng định tuyến của tất cả các switch trong mạng.
Các giao thức định tuyến nội mạng chuẩn như OSPF được sử dụng để tìm ra đường ngắn nhất giữa các host. Sai sót trong các mạng với kích thước lớn là điều rất dễ xảy ra. OSPF có thể dò được lỗi và quảng bá thông tin cho tất cả các switch trong mạng để tránh các liên kết hoặc switch bị lỗi khi định tuyến. Vòng lặp trong định tuyến Lớp 3 thường ít xảy ra bởi vì lớp IP có trường TTL (Time to live) sẽ hạn chế việc gửi các gói tin mỗi lần đi qua một bảng định tuyến.
Tuy nhiên phương pháp định tuyến theo Lớp 3 có nhược điểm là khối lượng việc quản trị rất lớn. Trên thực tế, việc thêm một switch vào mạng đòi hỏi người quản trị phải tự thao tác cấu hình, việc này rất dễ gây ra lỗi. Trong trường hợp xấu, khi trạng thái của các thiết bị trong mạng được đồng bộ không chính xác có thể dẫn đến việc không kết nối được với các host và khó có thể phân tích lỗi. Ngoài ra tầm quan trọng ngày càng tăng của ảo hóa mạng làm cho phương pháp định tuyến Lớp 3 trở nên không tối ưu.
Với những lý do trên, một số mạng trung tâm dữ liệu hiện nay đã áp dụng phương pháp định tuyến theo Lớp 2 trong đó việc định tuyến các gói tin dựa trên địa chỉ MAC. Phương pháp định tuyến Lớp 2 yêu cầu rất ít khối lượng quản trị, tuy nhiên cũng có những trở ngại riêng. Phương pháp Standard Ethernet Bridging không thể mở rộng mạng ra tới hàng chục nghìn host vì nó đòi hỏi phải hỗ trợ quảng bá ra toàn mạng. Ngoài ra, phương pháp định tuyến đơn đường theo kiểu spanning tree (cho dù đã được thiết kế tối ưu) cũng có giới hạn về hiệu năng trong các topo mạng có nhiều đường với giá bằng nhau. Hiện nay đã có một số nghiên cứu về phương pháp định tuyến theo Lớp 2 trong mạng trung tâm dữ liệu.