ネットワーク層レベルでは、「論理的なアドレス」をもとにデータ（パケット）を中継し、エンドノード間の通信を行います。
IPパケットとIPアドレス
ネットワーク層では、一つまたは複数のネットワークを介したエンドノード間でのデータ（パケットもしくはデータグラムとよぶ）のやり取りを実現します。
TCP/IPでは、このためにネットワーク層のアドレスであるIPアドレスを用います。
IPアドレスは、TCP/IP中で、重複しないように設定する必要があります。MACアドレスと間違えやすいですが、混合しないようにしましょう。
IPアドレス：ネットワーク層で、最終的な送受信者（エンドノード）を指定する。
MACアドレス：データリンク層で、隣接ノード（中継ノードであるルータ）を指定する。
IPは、宛先IPアドレスと送信元IPアドレスが設定されたIPヘッダーをデータに付加して、IPパケットを作ります。これをカプセル化といいます。
カプセル化されたIPパケットは、データリンク層に渡されます。
データリンク層（イーサネット）では、このIPパケットをひとまとまりのデータと見なして、宛先MACアドレスと送信元MACアドレスが設定されたヘッダを付加してフレームを作ります。
つまり、TCP/IPを用いたLANでは、フレーム中に宛先IPアドレスや送信元IPアドレスなどを設定したIパケットが含まれており、ルータなどはフレームからIPパケットを取り出すことによって、これらを知ることができます。
IPアドレスの体系は次のようになっています。
TCP/IPでは、IPアドレスが割り当てられた機器をホストと呼びます。
ホスト部は、組織内で自由に割り振ることができますが、ホスト部のビットすべて１のアドレスとすべて０のアドレスは予約されており、使用することができません。
ホスト部の値がすべて０・・・組織のネットワークそのものをあらわすアドレス
ホスト部の値がすべて１・・・ネットワーク内のすべてのホストをあらわすアドレス （→ブロードキャスト参照）
ユニキャストとブロードキャスト
ユニキャストは、宛先を一つのホストに指定した送信
ブロードキャストは、ネットワークに存在するすべてのホストを宛先に指定した送信
ブロードキャストを行う場合は、宛先IPアドレスはすべて１となる特別なIPアドレスを指定します。
ルーティングの仕組み
TCP/IPでは、送信されたデータではルータによってネットワークからネットワークへ中継され宛先まで届きます。このような、次に中継すべきルータを選択して実際に転送する制御をルーティングといいます。
ルーティングを実現するために、各ルータはネットワークアドレスと中継先のアドレス先の対応情報をルーティングテーブルという形式で保持しています。
ルータは、パケットを受信すると、そのヘッダに設定されているIPアドレスに該当する行をルーティングテーブルから探し出し中継します。なければ中継をしません。
なおIPアドレスからMACアドレスを取得するためには、ARP（Adress Resolution Protocol）があります。
ルーティングテーブルに適切な経路情報を設定しておくことで、誤りのない効率的な通信が可能になります。ルーティングテーブルを維持する方法には次の二つがあります。
・タティックルーティング：ネットワーク管理者が手動で経路を設定
・ダイナミックルーティング：ルーター同士が情報を交換し、自動的に経路を決定
経路情報設定に用いるプロトコルのことをルーティングプロトコルといいます。
代表的なプロトコルに以下のようなものがあります。
RIP(Routing Information Protocol)は，各ルータが自ルータから到達できるネットワークとそのネットワークへのホップ数(メトリック)を通知し合い、最小となる経路情報を生成します。
OSPF (Open Shortest Path First) は、ネットワークの状況を各ルーターが把握し、帯域幅などの情報に基づいて最適な経路を計算、最適な経路を選択します。大規模ネットワークでよく利用され、ネットワーク構成の変更にも迅速に対応できるのが特徴です。