Nätverkslagret hänvisar till lager 3 i den sju-lagers Open Systems Interconnection (OSI)-modellen för nätverksarkitektur. Algoritmer och protokoll i nätverkslagret är ansvariga för att identifiera den optimala vägen till rutt och levererar tillförlitligt datapaket från sina källnät till sina destinationsnätverk. Som en komponent i OSI:s konceptuella ramverk svarar nätverkslagret på serviceförfrågningar från lager 4, transportlagret, och utfärdar serviceförfrågningar till lager 2, datalänkslagret. I praktiken består den av utrustning, primära routrar och mekanismer som Internet Protocol (IP), som är nödvändiga för att överföra digitalt kodade signaler från källvärdar över digitala nätverk – som Internet – till destinationsvärdar. Nätverkslagrets nyckelfunktioner inkluderar adressering, överbelastningskontroll, felhantering, internetarbete och paketsekvensering, routing och vidarebefordran.
Adressering och routing för att säkerställa en erforderlig servicenivå (QoS) är huvudfunktionerna i nätverkslagret. Där finns IP- och routingalgoritmer, protokoll och ARP (Address Resolution Protocol). Data transporteras över digitala nätverk via routrar och switchar som använder protokoll för att kapsla in det i ett paket och algoritmer som identifierar den bästa överföringsvägen. Detta är känt som paketväxling.
Skikt 3, eller Network Layer, sker när ett paket anländer till ett routergränssnitt och vidarebefordras till ett annat. Protokoll som kan finnas i nätverkslagret inkluderar Datagram Delivery Protocol (DDP), Internet Control Message Protocol (ICMP), Internet Group Message Protocol (IGMP) och Internet Protocol Security (IPsec). Vanligt använda protokoll som dirigerar information över nätverk inkluderar Routing Information Protocol (RIP), Open Shortest Path First (OSPF), Interior Gateway Routing Protocol (IGRP), Border Gateway Protocol (BGP) och Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP).
För routinginformation över Internet ingår IP-adresser i Network Layer-meddelandehuvuden, vilket ger routrarna den information de behöver för att bestämma hur datapaketflödet ska hanteras. Paketets destinations-IP-adress kontrolleras när det tas emot på ett routergränssnitt. Om routern inte är paketets destination kommer routern att leta upp nätverksadressen i sin routingtabell. Ett utgångsgränssnitt väljs och paketet skickas till gränssnittet för att ramas in och vidarebefordras över det lokala nätverket. Routern tappar paketet om destinationsnätverket inte hittas i routingtabellen.