Stratul de rețea se referă la nivelul 3 al modelului de interconectare a sistemelor deschise (OSI) cu șapte straturi pentru arhitectura de rețea. Algoritmii și protocoalele din stratul de rețea sunt responsabile pentru identificarea căii optime de rutare și livrarea în mod fiabil a pachetelor de date din rețelele lor sursă către rețelele lor de destinație. Ca o componentă a cadrului conceptual OSI, stratul de rețea răspunde la solicitările de servicii de la stratul 4, stratul de transport și emite cereri de servicii la stratul 2, stratul de legătură de date. În practică, este alcătuit din echipamente, routere primare și mecanisme precum protocolul Internet (IP), necesare pentru a transmite semnale codificate digital de la gazdele sursă prin rețele digitale – cum ar fi Internetul – către gazdele de destinație. Funcțiile cheie ale stratului de rețea includ adresarea, controlul congestiei, gestionarea erorilor, interconectarea și secvențierea, rutarea și redirecționarea pachetelor.
Adresarea și rutarea astfel încât să asigure un nivel necesar de calitate a serviciului (QoS) sunt principalele funcții ale stratului de rețea. Există algoritmi de IP și de rutare, protocoale și Protocolul de rezoluție a adreselor (ARP). Datele sunt transportate prin rețele digitale prin routere și switch-uri care folosesc protocoale pentru a le încapsulare într-un pachet și algoritmi care identifică cea mai bună cale de transmisie. Acest lucru este cunoscut sub numele de comutare de pachete.
Stratul 3, sau Stratul de rețea, comutarea are loc atunci când un pachet ajunge pe o interfață de router și este redirecționat către alta. Protocoalele care pot fi prezente în stratul de rețea includ Datagram Delivery Protocol (DDP), Internet Control Message Protocol (ICMP), Internet Group Message Protocol (IGMP) și Internet Protocol Security (IPsec). Protocoalele utilizate în mod obișnuit care direcționează informațiile prin rețele includ Protocolul de informații de rutare (RIP), Protocolul de rutare a celui mai scurt deschis (OSPF), Protocolul de rutare a gateway-ului interior (IGRP), Protocolul de gateway de frontieră (BGP) și Protocolul de rutare multicast cu vector de distanță (DVMRP).
Pentru rutarea informațiilor pe Internet, adresele IP sunt incluse în anteturile mesajelor de la nivelul de rețea, oferind astfel ruterelor informațiile de care au nevoie pentru a decide cum să gestioneze fluxul de pachete de date. Adresa IP de destinație a pachetului este verificată atunci când este primit pe o interfață de router. Dacă routerul nu este destinația pachetului, routerul va căuta adresa de rețea în tabelul său de rutare. Este selectată o interfață de ieșire, iar pachetul este trimis către interfață pentru a fi încadrat și redirecționat prin rețeaua locală. Routerul elimină pachetul dacă intrarea în rețea de destinație nu este găsită în tabelul de rutare.