计算机被发明出来使用很久，都是作为一个独立的个体来使用的，直到后来美国国防部的高级研究计划局（ARPA）计划建设一个军用网，叫做“阿帕网”（ARPAnet），阿帕网于1969年正式启用，当时仅连接了4台计算机，供科学家们进行计算机联网实验使用，直到那时候才慢慢的出现计算机网络的概念。
从计算机组网的角度来说，将两台计算机通过网线相连，就是一个简单的网络结构，如图所示：
但是在实际网络环境中，接入网络的计算机不可能只有两台，那么在有很多台计算机的情况下，我们该如何连接呢？
为此我们发明了一个中间设备，将计算机的网线都插到这个设备上，由这个设备做转发，这样彼此之间就可以通信了。
这个中间设备的名子就叫集线器（俗称HUB）,它的功能格外的简单，仅仅是将任意一个接口接受到的电信号转发到所有出口（广播），不做任何处理，因此将他定位为物理层设备。
但是这种转发方式会引起一个新的问题，由于转发到了所有出口，那接在集线器下的别的设备都能接受到数据，那么怎么判断数据是不是发给自己的。
这儿就引入一个新的名词，MAC地址，正常情况下MAC地址是全局唯一的标识，全世界独一无二，给每一个设备都配一个MAC地址，这样，A 在发送数据包给 B 时，只要在头部拼接一个源目MAC地址就能解决此问题了。B 在收到数据包后，根据头部的目标 MAC 地址信息，判断这个数据包的确是发给自己的，于是便收下。其他的计算机收到数据包后，根据头部的目标 MAC 地址信息，判断这个数据包并不是发给自己的，于是便丢弃。虽然集线器使整个网络布局简单明了，但会出现一个新的问题，原来我只要发给电脑B的消息，现在却要发给连接到集线器中的所有电脑，这样既不安全，又浪费宝贵带宽资源。
在第一层中，我们最后虽然解决了多台计算机的组网需求，但最后却留下了问题，即集线器的使用不仅有安全风险隐患，而且浪费有限的带宽资源。那第二层的主要目标就是解决安全风险隐患以及带宽浪费的问题，把这个集线器弄得更智能一些，想要将数据发送到那一台设备，就只发给目标 MAC 地址指向的那台电脑，就好了。
所以一个全新的设备出现了，这东西就叫做交换机。它可以在一定程度上完成你将数据发送到指定的设备而不会转发到所有出口（广播）的情况，因此将他定位为数据链路层设备。每一台交换机内部维护一张MAC 地址表，记录着每一个设备的 MAC 地址，连接在其哪一个端口上。
这种情况下，假如你仍然要发给 B 一个数据包，构造了如下的数据结构从网口出去。
到达交换机时，交换机内部通过个人维护的 MAC 地址表，发现目标机器 B 的 MAC 地址 bb-bb-bb-bb-bb-bb 映射到了端口 1 上，于是把数据从 1 号端口发给了 B，一次数据转发完成。而以这样传输方式组成的小范围的网络，叫做以太网。当然刚开始的时候，MAC 地址表是空的，那MAC地址表是如何建立起来的呢？假如刚开始交换机 MAC 地址表是空的，你给 B 发送了如下数据：
由于这个包从端口 4 进入的交换机，所以此时交换机就可以在 MAC地址表记录第一条数据：
交换机看目标 MAC 地址（bb-bb-bb-bb-bb-bb）在地址表中并没有映射关系，于是将此包发给了所有端口，即广播发送。之后，只有机器 B 收到了确实是发给自己的包，于是做出了响应，响应数据从端口 1 进入交换机，于是交换机此时在地址表中更新了第二条数据：
通过此种方法我们就成功的建立了一个相对安全，也比较智能的局域互联网络，通过此网络我们大家可以在几台计算机之间分享数据，但是很快新的问题又出现了。随着机器数量越多，一台交换机的端口不够了，我们能想到的最简单的办法，就是将多个交换机连接起来，解决这 个问题，事实上还真的可以，但是这样真的没有问题吗？
需要注意的是，上面那根红色的线，最终在 MAC 地址表中可不是一条记录，而是要把 EFGH 这四台机器与该端口（端口6）的映射全部记录在表中。最终，两个交换机将分别记录 A ~ H 所有机器的映射记录。
这种设计方式，在计算机数量不多的情况下是可以正常使用的，但是当接入的计算机数量太多，交换机就无法维护如此巨大的表了。
在第二层中问题的根本在于，连出去的那根红色的网线，后面不知道有多少个设备不断地连接进来，从而使得地址表越来越大。
解决的办法就是，再接入一个新的设备，这个设备有自己独立的 MAC 地址同时还能把所有流经的数据包做一次转发，这个设备就是路由器，并将它定在了网络层。现在交换机的 MAC 地址表中，只需要多出一条 MAC 地址 ABAB 与其端口的映射关系，就可以成功把数据包转交给路由器了，而后由路由器转发到其他设备。但是这儿由出现了一个新的问题，那就是如何做到将发送的数据先发送给路由器呢？
为了解决这一个问题，我们又发明了一个新的工具，IP 地址。现在每一台电脑，同时有自己的 MAC 地址，又有自己的 IP 地址，只不过 IP 地址是软件层面上的，可以每时每刻修改，MAC 地址一般是无法修改的。这样一个可以每时每刻修改的 IP 地址，就能够准确的通过你规划的网络拓扑结构来调整了。
如上图所示，假如我想要发送数据包给 ABCD 其中一台设备，不论哪一台，我都能这样描述，将 IP 地址为 192.168.0 开头的全部发送给到路由器，之后再怎么转发，交给它！那交给路由器之后，路由器又是怎么把数据包准确转发给指定设备的呢？
现在两个设备之间传输，除了加上数据链路层的头部之外，还要再增加一个网络层的头部。假如 A 给 B 发送数据，由于它们直接连着交换机，所以 A 直接发出数据包即可，网络层的功能没有体现出作用。但假如 A 给 C 发送数据，A 就需要先转交给路由器，然后再由路由器转交给 C。由于最底层的传输仍然需要依赖以太网，所以数据包是分成两段的。
A 给 C 发数据包，首先判断源 IP与目的IP是否处于一个子网，如果处于同一个子网，直接将包通过交换机发出，如果源 IP 与目的 IP 不处于一个子网，就交给路由器去处理，这里又有一个新的问题，那就是A 如何知道，哪个设备是路由器呢？答案就是你提前需要在 A 上设置路由器的地址，而这个地址我们叫他默认网关。现在数据已可以成功发到路由器这里了，最后一个问题是，路由器如何知道，收到的这个数据包，该从自己的哪个端口出去，才能直接（或间接）地最终抵达目的地 C 呢。
这儿就又出现了一张新的表，叫做路由表。至于这个路由表是怎么出来的，能够最终靠手动的方式指定，也能够最终靠路由算法自动生成，本文不展开讲述，因为这又是一个庞大的体系。不同于 MAC 地址表的是，路由表并不是一对一这种明确关系，我们下面看一个路由表的结构。
上表表示，192.168.0.xxx这个子网下的，都转发到 0 号端口，192.168.1.xxx这个子网下的，都转发到 1 号端口。但是这儿又有一个新的麻烦出现了。
现在我们大家都知道要发送数据的目标主机IP地址，但发送数据包的数据链路层必须了解到 MAC 地址，可是我只知道 IP 地址该怎么去办呢？又出现一个新的名词arp，在网络层，我需要把 IP 地址对应的 MAC 地址找到， 这样的形式就是 arp 协议，同时电脑每一台电脑里面也会有一张 arp 缓存表，表中记录着 IP 与 MAC 地址的对应关系。
刚开始的时候这个表是空的，电脑 A 为了知道电脑 B的 MAC 地址，将会广播一条 arp 请求，B 收到请求后，带上自己的 MAC 地址给 A 一个响应。此时 A 便更新了自己的 arp 表。这样通过大家不断广播 arp 请求，最终所有电脑里面都将 arp 缓存表更新完整。
至此一个数据成功的从一个网段转发到另一个网段，复杂的网络是由一个个小型的网络组合而成的，将N个局域网连接到一起可不就是互联网嘛。