Warstwa sieciowa, lub inaczej mówiąc warstwa 3 modelu OSI, zapewnia usługi umożliwiające realizację wymianę danych pomiędzy urządzeniami końcowymi poprzez sieć. Aby osiągnąć ten cel (komunikację typu urządzenie końcowe - urządzenie końcowe), warstwa sieciowa wykorzystuje cztery podstawowe procesy:

W odróżnieniu od warstwy transportowej (warstwa 4 w modelu OSI), która zarządza transportem danych pomiędzy procesami uruchomionymi na każdym z urządzeń końcowych, protokoły warstwy sieci określają strukturę pakietu oraz procesy ich przetwarzania używane do przenoszenia danych od jednego hosta do kolejnego. Działanie bez odnoszenia się do danych aplikacji, przenoszonych w każdym z pakietów, pozwala warstwie sieci, transportować pakiety różnych typów komunikacji pomiędzy wieloma hostami.

Animacja na tym rysunku przedstawia wymianę danych.