在计算机网络中，二层与三层的网络结构有着显著的差异。二层网络主要关注数据链路层的功能，包括MAC地址的处理和帧的转发。相对而言，三层网络则涉及网络层，侧重于IP地址的处理和数据包的路由。这种差异体现在它们如何处理网络通信、数据转发和网络协议的运用上。
二层网络的核心功能是连接局域网内的设备。通过以太网交换机，二层网络能够在物理层上处理帧的转发，基于目标设备的MAC地址来决定数据帧的发送方向。每当一个数据帧到达交换机时，交换机会查找自己的MAC地址表，以便确定帧应该转发到哪个端口。这种基于地址的转发方式使得局域网内设备能够高效地共享数据，但在连接不同网络时则不具备足够的灵活性。
与此相比，三层网络不仅能处理局域网中的设备之间的通信，还能管理不同网络之间的流量。路由器在三层网络中起到核心作用，它们根据IP地址来转发数据包，而不是简单地处理MAC地址。每当数据包从一个网络传送到另一个网络时，路由器会检查目的IP地址并确定最佳路径进行转发。这种基于网络层协议的处理方式大大增强了不同网络和子网之间的互联性。
二层网络的局限在于其不能处理跨网络的流量，因此在多个子网之间的通信需要依赖其他设备。虽然可以通过将多个二层交换机堆叠来扩展网络的范围，但一旦需要与其他网络或子网进行数据交互，系统则会面临瓶颈问题。实际上，二层的设计理念更适合于局部区域的快速数据转发和以太网的构建，使用时可能出现广播风暴等问题，从而影响网络的整体效率。
在三层网络中，路由器的存在意味着可以应用不同的路由协议来动态选择最佳通信路径。这让网络管理员能够优化数据流，提高网络的可靠性和带宽利用率。通过使用如RIP、OSPF和BGP等复杂的路由算法，三层网络能够分析多个传输路径并做出明智的选择，从而保证数据能以最低延迟和最大的速度到达目的地。被广泛应用于各种企业和互联网环境中，三层结构十分重要。
从故障检测和网络管理的角度来看，二层和三层网络也有着显著的差异。二层网络相对简单，故障检测通常需要访问交换机的管理界面，查看数据链路层的状态和流量情况。由于其基于MAC地址的工作方式，当网络出现问题时，故障留给网络管理员的排查工作量较大。而三层网络则通过路由器收集流量和故障信息，使得网络性能监测可以干预和维护得更加高效。
在安全性方面，二层网络在数据传输过程中的安全保护相对较弱，主要由于数据帧一旦进入网络就能被任何具备相应设备的用户进行接收和分析。这为恶意用户提供了可趁之机，容易造成数据窃取。而三层网络借助路由器及其更为复杂的协议，能够实现更高层次的安全机制，如访问控制列表与防火墙等手段。这为各类数据提供了更为有效的保护。
综上所述，二层与三层网络结构之间存在多种差异，从数据传输方式、网络灵活性到故障管理和安全性等，均展现出其适应场景的不同。二层网络适合于局域网的高效数据转发，而三层网络则能够处理跨网络间的复杂路由与流量管理。因此，在选择合适的网络结构时，需综合考虑实际应用需求以及未来的发展趋势，以便做出科学的判断和决策。