sieťová vrstva (Vrstva 3, často implementovaná ako IP) je primárne zodpovedná za udržiavanie údajov z rôznych aplikácií oddelených v sieti. Zatiaľ čo ďalšie vrstvy prispievajú, sieťová vrstva dosahuje toto oddelenie pomocou IP adries a smerovania. Každý paket nesie zdrojovú a cieľovú IP adresu, ktorá umožňuje smerovačom presadiť prenos na správny cieľ, bez ohľadu na aplikáciu generujúcu údaje. Rôzne aplikácie môžu používať rovnakú sieťovú infraštruktúru súčasne bez toho, aby sa navzájom interferovali kvôli tomuto riešeniu a smerovaciemu mechanizmu.