Сетевой уровень, или уровень 3 OSI, предоставляет сервисы, позволяющие оконечным устройствам обмениваться данными по сети. Чтобы обеспечить такую передачу данных, сетевой уровень использует четыре основных процесса: IP-адресацию оконечных устройств, инкапсуляцию, маршрутизацию и деинкапсуляцию.
IPv4 по-прежнему является наиболее распространённым протоколом сетевого уровня и широко применяется в сети Интернет. Пакет IPv4 содержит IP-заголовок и полезную нагрузку. При этом у IPv4 имеется ограниченное количество доступных уникальных общедоступных IP-адресов. Это послужило причиной разработки IP версии 6 (IPv6). Упрощённый заголовок IPv6 предлагает ряд преимуществ по сравнению с IPv4, включая более эффективную маршрутизацию, упрощённые заголовки расширений и обработку каждого отдельного потока. Кроме того, IPv6-адреса используют 128-битную иерархическую адресацию в отличие от адреса IPv4, использующего 32 бита. Это существенно увеличивает количество доступных IP-адресов.
Помимо иерархической адресации сетевой уровень также отвечает за маршрутизацию.
Узлам требуется локальная таблица маршрутизации, чтобы пакеты направлялись в нужную сеть назначения. Локальная таблица узла, как правило, содержит прямое подключение, маршрут локальной сети и локальный маршрут по умолчанию. Локальный маршрут по умолчанию — это маршрут к шлюзу по умолчанию.
Шлюз по умолчанию — это IP-адрес интерфейса маршрутизатора, подключённого к локальной сети. Когда узлу необходимо переслать пакет на адрес назначения, который не находится в одной сети с узлом, пакет пересылается на шлюз по умолчанию для дальнейшей обработки.
Когда маршрутизатор, такой как шлюз по умолчанию, получает пакет, он изучает IP-адрес назначения для определения сети назначения. Таблица маршрутизации маршрутизатора хранит информацию о маршрутах с прямым подключением и об удалённых маршрутах. Если в таблице маршрутизации имеется запись о сети назначения, маршрутизатор отправляет пакет. Если же подобная запись отсутствует, то маршрутизатор может направить этот пакет по собственному стандартному маршруту, если он имеется, или сбросит его.
Записи таблиц маршрутизации можно настроить вручную на каждом маршрутизаторе, чтобы обеспечить статическую маршрутизацию. Маршрутизаторы также могут динамически обмениваться между собой данными о маршрутах с помощью протокола маршрутизации.
Чтобы получить доступ к маршрутизаторам, необходимо настроить параметры их интерфейса. Чтобы активировать определённый интерфейс, необходимо войти в режим конфигурации интерфейса, используя для этого команду режима глобальной конфигурации interface type-and-number.