网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层，那就是"路径选择、路由及逻辑寻址"。
网络层中涉及众多的协议，其中包括最重要的协议，也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单，仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有：无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。
IP协议详解 虚拟互连网络实际的计算机网络是错综复杂的，物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异，当网络中的主机使用IP协议连接时，则无需关注网络细节。IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互连的网络，还使得网络层可以屏蔽底层细节而专注网络层的数据转发，IP协议解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题。
IP地址长度为32位，常分成4个8位，IP地址常使用点分十进制来表示(0~255.0~255.0~255.0~255)，也就是共有\(2^{32} = 4294961296\)个IP地址。下图是IP协议的格式：
我们来看看IP协议的首部： 4位版本 4位首部长度 8位服务类型（TOS） 16位总长度（字节）
16位标识 3位标志 13位片偏移
8位生存时间(TTL) 8位协议 16位首部校验和
32位源IP地址
32位目的IP地址
选项options（若有）
IP数据
版本：占4位，指的是IP协议的版本，通信双方的版本必须一致，当前主流版本是4，即IPv4，也有IPv6
首部位长度：占4位，最大数值为15，表示的是IP首部长度，单位是“32位字”（4个字节），也即是IP首部最大长度为60字节
总长度：占16位，最大数值为65535，表示的是IP数据报总长度（IP首部+IP数据）
TTL：占8位，表明IP数据报文在网络中的寿命，每经过一个设备，TTL减1，当TTL=0时，网络设备必须丢弃该报文。作用：避免数据在网络中无限传输，当这个网络报文找不到目的机器时，而进行无限传输，来浪费带宽资源
协议：占8位，表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的（如：TCP、UDP等）
字段值 1 2 4 6 17 89 …
首部校验和：占16位，校验IP首部是否有出错
IP协议的转发流程在数据链路层的学习中我们知道了MAC地址表，由于IP协议的转发是通过逐跳(hop-by-hop)来实现的，所以在网络层中，存在一个类似于MAC地址表的路由表，路由表是存储的目的IP地址和下一跳IP地址的映射，计算机或者路由器都拥有路由表。路由表如下：
目的IP地址 下一跳IP地址IP1 IP4
IP2 IP5
IP3 IP6
… …
A设备向C设备在网络层中传输数据的过程如下：
A发出目的地为C的IP数据报，查询路由表发现下一跳为E
A将数据报发送给E
E查询路由表发现下一跳为F，将数据报发送给F
F查询路由表发现目的地C直接连接，将数据报发送给C
现在结合数据链路层和网络层，再来看一下跨设备传输数据的过程：
A发出目的地为C的IP数据报，查询路由表发现下一跳为E
A将IP数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址是E
数据链路层填充源MAC地址A和目的MAC地址E
数据链路层通过物理层将数据发送给E
E的数据链路层接收到数据帧，把帧数据交给网络层
E查询路由表，发现下一跳为F
E把数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址为F
E的数据链路层封装数据帧并发送
F的数据链路层接收到数据帧，把帧数据交给网络层
F查询路由表，发现下一跳为C
F把数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址为C
F的数据链路层F封装数据帧并发送