网络层（Network Layer） 向上面的传输层提供面向连接的网络服务和无连接的网络服务（即虚电路服务和数据报服务）。 所谓“连接”， 是指首先在通信双方建立一条虚电路， 以后的数据传送都是沿着这条虚电路传送的， 在通信结束后， 还要把这个“电路” 释放掉。 这里所谓的虚电路， 是指在通信双方之间数据传送的一个固定的路由（“路径”）。 无连接是指通信双方的每一组数据都可独立地选择路由（走不同的路线）， 因此， 它不能保证每组数据按顺序交付目的站。

在使用数据报时， 每个分组必须携带完整的地址信息。 但在使用虚电路的情况下， 每个分组不需要携带完整的目的地， 而仅需要有个虚电路号码的标志， 因而减少了额外开销。 在每个节点机内有一路由表（表内每一个电路号对应一条路径）， 根据数据组中的虚电路号码查表决定转发哪一个节点， 最后就可到达目的地。 在使用虚电路的情况下， 网络有端到端的差错控制功能， 即网络应保证分组按顺序交付， 而且不丢失， 不重复。 然而在采用数据报服务时， 每个节点也有一个路由表， 它用来根据每个分组所携带的目的地址来决定应沿哪条链路（路径） 转发分组。

网络层除了负责路由选择外， 还要进行流量控制。 因为网络的资源， 如处理机的能力、节点的缓冲区的容量、线路的数据传输速率等总是有限的。 当需求超出资源的可用部分时，就会产生拥塞。 为了提高资源的利用效率（做到既不使分组因拥塞而丢失， 又不使资源过多而浪费）， 应当采用流量控制， 其总目标是在网络中有效动态分配网络资源。 它的主要功能是：

（1） 防止网络因过载而引起吞吐量下降和时延增加；

（2） 避免死锁；

（3） 在互相竞争的各用户之间公平地分配资源。

网络层的寻址， 如公用电话网， 一个全球网络层寻址标准是互联系统中大家都必须遵守的一个标准。 现在的地址编码方法有两大类， 一类是非等级地址， 另一类是分级地址。 非等级地址空间的特点是每个地址的编号都是平等的且彼此无关， 这在全球范围内实际是不可行的。 因为这需要一个全球系统的管理机构， 同时地址映射表要占用很大空间。(www.daowen.com)

分级的地址编码是将全球的地址划分为若干子域， 子域下又划分更小的子域， 就像公用电话号码的划分（国家号、区号、局号等像一个树形结构）。 TCP／IP 协议中IP 地址的分配就是这个方式。 这样， 每一个地方子域只管理自己直属的那些子域的编号， 因而使地址映射表和路由表的编制大为简化。 一个网络也只负责自己网内主机的编号， 其他网络主机的编号与本网络无关， 这就是后面涉及的标识符（地址码） 的过滤、子网掩码等概念。

网络层涉及的是将源端发出的分组经各种途径送到目的端。 从源端到目的端可能经过许多中间节点。 这个功能与数据链路层形成鲜明的对比， 数据链路层只负责将数据帧从导线的一端（节） 点送到其另一端（节） 点。 因此， 网络层是处理端到端数据传输的最低层。

为了实现网络层的目标， 网络层必须知道通信子网的拓扑结构（即所有路由器的位置）， 并选择通过子网的合适路径。 选择路径时要注意， 不要使一些通信线路超负荷工作，而另一些通信线路却处于空闲状态。 当源端与目的端不处于同一网络中时， 应由网络层来处理这些差异， 并解决由此而带来的问题。

网络层在网络层／传输层接口上为传输层提供服务。 这一接口相当重要的另一个原因是：它往往是载体与用户的接口， 也就是说， 它是通信子网的边界。 载体通常决定了直到网络层的各种协议和接口， 它的工作是传输由其用户提供的分组。 基于这个原因， 对接口的定义必须十分完善。

如上所述， 网络层的主要功能是将分组从源端机器经选定的路由送到目的端机器。 在大多数通信子网中， 分组的整个旅途需经过多次转发。 路由选择算法及其使用的数据结构是网络层设计的一个主要任务。