Мережний рівень (Network layer) служить для утворення єдиної транспортної системи, що поєднує декілька мереж, причому ці мережі можуть використовувати різні технології передачі і мати довільну топологію. У загальному випадку функції цього рівня ширші, оскільки він розв’язує ще й завдання створення надійних і гнучких бар’єрів на шляху небажаного трафіка між мережами, відповідає за розподіл абонентів на групи і маршрутизацію на транспортній мережі. В останньому випадку до його функцій входить формування фізичних і віртуальних каналів, а також дейтаграм, забезпечуючи розподіл маршрутів передачі інформації і правильне збирання повідомлень із мережних одиниць. На цьому рівні мережною одиницею є пакет (packet), а для його доставки використовується поняття «номер мережі». У цьому разі адреса отримувача складається зі старшої частини — номера мережі та молодшої — номера вузла в цій мережі. Всі вузли однієї мережі повинні мати ту саму старшу частину адреси. Тому терміну «мережа» на мережному рівні можна дати й інше, більш формальне, визначення: мережа — це сукупність вузлів, які, по-перше, з’єднані між собою відповідно до однієї зі стандартних типових топологій і використовують для передачі даних один з протоколів канального рівня, визначений для цієї топології, а по-друге, мережна адреса цих вузлів має містити один і той самий номер мережі.

Усередині мережі доставка даних забезпечується відповідним канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережний рівень, який і підтримує можливість правильного вибору маршруту передачі повідомлення навіть у тому разі, коли структура зв’язків між складовими мережами має характер, відмінний від прийнятого в протоколах канального рівня.

При пакетній передачі мережний рівень забезпечує передачу пакетів між декількома мережами на основі перетворення МАС-адрес у мережні адреси і прозору передачу пакетів на транспортний рівень, здійснюючи:

• адресацію повідомлень і переведення логічних адрес та імен у фізичні адреси;
• встановлення маршруту від вихідного пристрою до пристрою призначення, визначаючи, який шлях передачі даних слід обрати, ґрунтуючись на особливостях мережі, пріоритетності даної послуги та деяких інших факторах;
• розв’язання проблем щодо управління трафіком у мережі, включаючи адресацію пакетів, маршрутизацію та контроль перевантаження лінії зв’язку.

Мережі з’єднуються між собою спеціальними пристроями, які називаються маршрутизаторами. Маршрутизатор — це пристрій, який збирає інформацію щодо топології міжмережних з’єднань і пересилає пакети мережного рівня в мережу призначення. Для того щоб передати повідомлення від відправника, що перебуває в одній мережі, одержувачу, що перебуває в іншій мережі, потрібно зробити певну кількість транзитних передач між мережами, або хопів (від слова hop — стрибок), щоразу обираючи придатний маршрут. Таким чином, маршрут являє собою послідовність маршрутизаторів, через які проходить пакет.

На рис. 3.3.5 показано чотири мережі, зв’язані трьома маршрутизаторами. Між мережами 1 та 4, у яких містяться термінали А та В відповідно, пролягає два маршрути: перший — через маршрутизатори 1, 3 та 4, а другий — через маршрутизатори 1, 2 і 4.

Рис. 3.3.5. Приклад об’єднаної мережі

Проблема вибору найкращого шляху розв’язується в ТКС при маршрутизації пакетів, тобто в процесі розв’язання маршрутних задач. Їх розв’язання є одним з основних завдань мережного рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях — не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі повідомлень; він залежить від пропускної здатності каналів зв’язку й інтенсивності трафіка, що може із часом змінюватися. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися (адаптуватися) до зміни навантаження, у той час як інші приймають рішення на підставі середніх показників за тривалий час. Вибір маршруту може здійснюватися й за іншими критеріями, такими як надійність передачі.

У загальному випадку функції мережного рівня ширші, ніж функції передачі повідомлень по каналах зв’язку в мережах з нестандартною структурою, які об’єднують декілька локальних мереж стандартної топології. Мережний рівень також розв’язує завдання узгодження різних технологій, спрощення адресації у великих мережах і створення надійних і гнучких бар’єрів на шляху небажаного трафіка між мережами.

На мережному рівні визначається кілька типів протоколів. Перший тип — мережні протоколи (routed protocols), які реалізують просування пакетів через мережу. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережного рівня. Однак часто до мережного рівня відносять і інший тип протоколів, які називаються протоколами обміну маршрутною інформацією або просто протоколами маршрутизації (routing protocols). За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережних з’єднань. Більш детально протоколи маршрутизації розглядатимуться в десятому розділі.

На мережному рівні працюють протоколи ще одного типу, які відповідають за відображення адреси вузла, що використовується на мережному рівні, у локальну адресу мережі. Такі протоколи часто називають протоколами вирішення адрес — Address Resolution Protocol (ARP). Іноді їх відносять не до мережного рівня, а до канального, хоча тонкості класифікації не змінюють їх суті. Прикладами протоколів мережного рівня є протокол міжмережної взаємодії — Internet Protocol (IP) стека TCP/IP, процедури контролю виклику ISDN Х.25 (частково цей протокол реалізований на канальному рівні), протокол міжмережного обміну пакетами IPX стека Novell, мережний протокол без організації з’єднань ISO Connectionless Network Protocol (CLNP) та ін.