二层交换机工作于数据链路层，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。
数据链路层主要通过接收物理层提供的比特流服务，在相邻节点之间建立链路，对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向网络层提供无差错的透明传输。
在数量链路层传输的基本单位为“帧（Frame）”。每一帧包括一定数量的数据和一些必要的控制信息。
目前，有四种不同格式的以太网帧，在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），最后1个字节是帧起始标志符0xAB，它标志着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。紧接着的是6字节的目标MAC地址，6字节的源MAC地址，随后的帧因不同的格式而各不同，最后4个字节是帧校验序列FCS ，采用32位CRC循环冗余校验对从"目标MAC地址"字段到"数据"字段的数据进行校验。不同格式的以太网帧的各字段定义都不相同，彼此也不兼容。
交换机的具体工作流程如下：
1) 当交换机从某个端口收到一个数据帧，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；
2) 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；
3) 如本端口下的主机访问本端口下的主机时丢弃；
4) 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接转发到这端口上；
5) 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的端口地址表。
端口地址表中记录了端口下包含主机的MAC地址，端口地址表是交换机上电后自动建立的，保存在RAM中，并且自动维护。端口地址列表中表项是有生命期的。每个表项在建立后开始进行倒记时，每次发送数据都要刷新记时，对于长期不发送数据的主机，其MAC地址的表项在生命期结束时被删除，所以端口地地表记录的总是最活动的主机的MAC地址。