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Les protocoles sans couche réseau ne conviennent qu'aux petits réseaux internes. Ces protocoles n'utilisent généralement qu'un nom (l'adresse MAC) pour identifier les ordinateurs d'un réseau. Le défaut de cette méthode est qu'il devient de plus en plus difficile de gérer les noms à mesure que le réseau grandit, en particulier de s'assurer que tous les noms sont uniques.
Les protocoles qui supportent la couche réseau utilisent une technique d'identification des unités qui garantit l'unicité des désignations. Alors en quoi cet identificateur diffère-t-il d'une adresse MAC qui, elle aussi, est unique? Les adresses MAC utilisent un système d'adressage linéaire qui rend difficile la localisation des unités dans d'autres réseaux. Les adresses de couche réseau utilisent un système d'adressage hiérarchique qui garantit des adresses uniques au-delà des limites du réseau, ainsi qu'une méthode de sélection de la voie d'acheminement des données entre les réseaux.
L'adressage hiérarchique permet aux données de circuler dans des réseaux multiples et de trouver leur destination de manière efficace. Le système téléphonique est un exemple de système d'adressage hiérarchique. Le système téléphonique utilise un indicatif régional pour diriger un appel vers son premier relais (saut). Les trois chiffres suivants représentent le central téléphonique local (deuxième saut). Les quatre derniers chiffres sont le numéro de l'abonné demandé (dernier saut, jusqu'à la destination).
Les unités d'un réseau ont besoin d'un système d'adressage cohérent leur permettant d'acheminer des paquets d'un réseau à un autre dans le cadre de l'interréseau (ensemble de réseaux segmentés ou non, utilisant le même système d'adressage). Les unités utilisent le système d'adressage de la couche réseau pour déterminer la destination des données tout au long de leur cheminement dans l'interréseau.
La multiplication des réseaux résulte de deux tendances fondamentales : l'augmentation de la taille de chaque réseau et la création constante de nouveaux réseaux.
Lorsqu'un réseau local, un réseau métropolitain ou un réseau longue distance prend de l'expansion, il devient nécessaire - pour des raisons pratiques de gestion du trafic - de le subdiviser en réseaux plus petits appelés segments réseau (ou simplement segments). Notre grand réseau devient donc une mosaïque de réseaux plus petits dont chacun a besoin d'une adresse distincte.
Il existe déjà un grand nombre de réseaux; des réseaux privés sont répandus dans les bureaux, les écoles, les entreprises et les organisations gouvernementales. Tous ces réseaux distincts (ou systèmes autonomes s'ils sont gérés par un seul administrateur réseau) souhaitent communiquer par l'entremise d'Internet, mais leur interconnexion exige des systèmes d'adressage efficaces et des interfaces appropriées. Si ce n'est pas le cas, il se produira des embouteillages affectant le fonctionnement des réseaux locaux et aussi celui d'Internet.
Pour comprendre la nécessité de la segmentation des réseaux, pensez à un réseau routier et aux véhicules qui y circulent. À mesure que la population des communautés desservies augmente, les routes deviennent de plus en plus encombrées par un nombre croissant de véhicules. Les réseaux fonctionnent de manière très semblable. À mesure que les réseaux s'étendent, le trafic augmente. Comme première solution, on peut augmenter la largeur de bande, ce qui équivaut à élever la limite de vitesse ou à ajouter des voies sur les autoroutes. Une autre solution consiste à utiliser des unités de régulation pour segmenter le réseau et gérer le trafic, de la même façon qu'on utilise les feux de circulation pour régulariser le trafic routier.
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