La capa de red convierte un conjunto de enlaces locales en una red (entidad lógica que interconecta enlaces). Usa los servicios de la Capa de Enlace para ofrecer servicios a la Capa de Transporte.
La capa de red se encarga de llevar los paquetes desde el origen hasta el destino, y su trabajo es hallar el camino. Para esto, debe conocer la topología de la subred de comunicación, lo que implica conocer el grupo de Enrutadores para elegir las rutas adecuadas. Esto presenta ciertos problemas a resolver.
Siguiendo el principio de interoperabilidad de las Redes de Datos, los servicios deben ser independientes de la tecnología del enrutador.

El host transmite al router más cercano un paquete para enviar mediante un enlace. El paquete se almacena hasta que haya llegado por completo para que la suma de verificación (checksum) pueda comprobarse. Luego, reenvía el paquete al siguiente router de la ruta hasta llegar al destino.
Modelos de Servicio
Hay dos opciones:
- Circuitos Virtuales: servicio orientado a la conexión. Antes de poder enviar cualquier paquete de datos, se debe establecer una ruta del enrutador de origen al de destino: un circuito. Esto evita la necesidad de elegir una nueva ruta para cada paquete enviado. El problema es que si un router de la ruta se cae, se rompe el circuito.

- Datagramas: servicio no orientado a la conexión. Los paquetes se colocan individualmente en la subred y se enrutan de manera independiente. Así, ante un cambio en la topología, el datagrama pueda lograr a destino usando un camino distinto al de los datagramas previos. La desventaja es que los paquetes pueden legar fuera de orden o duplicados.

| Circuitos Virtuales | Datagramas | |
|---|---|---|
| Configuración del circuito | Requerida | No necesaria |
| Direccionamiento | El paquete indica n° de CV | El paquete indica dir. origen y destino |
| Enrutamiento | Misma ruta para todos | Cada paquete viaja por separado |
| Efecto de fallas | Terminan todos los CVs | Solo se pierden paquetes en el router |
| Calidad del servicio | Fácil | Difícil |
| Control de congestión | Fácil | Difícil |