在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的五層或TCP/IP四層模型中，網(wǎng)絡層（又稱網(wǎng)際層）扮演著承上啟下、貫通全局的樞紐角色。它位于數(shù)據(jù)鏈路層之上，傳輸層之下，其核心使命是為數(shù)據(jù)包在復雜的、可能由異構網(wǎng)絡互聯(lián)而成的龐大系統(tǒng)中，提供端到端的邏輯通信服務。如果說數(shù)據(jù)鏈路層負責的是同一物理網(wǎng)絡內(nèi)“一跳”的可靠傳輸，那么網(wǎng)絡層關注的則是跨越多個網(wǎng)絡、從源主機到目的主機的“全程”路徑選擇與數(shù)據(jù)交付。

網(wǎng)絡層的關鍵功能與核心協(xié)議主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. IP協(xié)議與尋址：網(wǎng)絡層的基石是網(wǎng)際協(xié)議（IP，目前主要是IPv4和IPv6）。IP協(xié)議定義了網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)包的基本格式——IP數(shù)據(jù)報，并規(guī)定了在整個互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)唯一標識每一個網(wǎng)絡接口的IP地址。IP地址是邏輯地址，與數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址（如MAC地址）不同，它具有層次結構（網(wǎng)絡號+主機號），這使得大規(guī)模路由成為可能。子網(wǎng)劃分、無分類域間路由（CIDR）等技術進一步優(yōu)化了地址的分配與聚合。

1. 路由選擇：這是網(wǎng)絡層最核心、最復雜的職能。路由器作為網(wǎng)絡層的核心設備，其內(nèi)部維護著路由表。路由選擇協(xié)議（如RIP、OSPF、BGP等）通過路由器之間交換網(wǎng)絡拓撲信息，動態(tài)地建立和更新路由表，從而為每個進入路由器的IP數(shù)據(jù)報依據(jù)其目的IP地址，計算出最佳的（或可行的）下一跳路徑。這個過程猶如一個高效的全球郵政系統(tǒng)，為每一封信件規(guī)劃跨國運輸路線。

1. 分組轉發(fā)：當路由器根據(jù)路由表確定了下一跳后，便執(zhí)行轉發(fā)操作。它將輸入的IP數(shù)據(jù)報從合適的物理接口發(fā)送出去，交給下一個路由器或最終的目的主機。轉發(fā)過程需要處理數(shù)據(jù)鏈路層幀的封裝與解封裝，并可能涉及分片與重組（當數(shù)據(jù)報大小超過下一網(wǎng)絡的最大傳輸單元MTU時）。

1. 異構網(wǎng)絡互聯(lián)：網(wǎng)絡層通過統(tǒng)一的IP協(xié)議，屏蔽了下層各種數(shù)據(jù)鏈路技術和物理介質(zhì)的差異（如以太網(wǎng)、Wi-Fi、PPP等），使得這些異構網(wǎng)絡能夠無縫連接，共同構成一個全球統(tǒng)一的虛擬網(wǎng)絡——互聯(lián)網(wǎng)。這正是互聯(lián)網(wǎng)“包容性”和“可擴展性”的根本所在。

1. 擁塞控制與服務質(zhì)量（初步）：雖然主要的擁塞控制任務由傳輸層（如TCP）承擔，但網(wǎng)絡層也可以通過諸如源抑制報文、隊列管理算法（如RED）以及區(qū)分服務（DiffServ）等方式，對網(wǎng)絡流量進行初步的調(diào)控和管理，以緩解網(wǎng)絡擁塞并嘗試提供一定的服務質(zhì)量保證。

面臨的挑戰(zhàn)與演進：
隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的爆炸式增長和新型應用（如物聯(lián)網(wǎng)、實時多媒體）的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的以IPv4為核心的網(wǎng)絡層也面臨地址枯竭、安全性先天不足、對移動性支持差等挑戰(zhàn)。IPv6的部署旨在從根本上解決地址空間問題，并內(nèi)置了更好的安全性和對移動IP的支持。軟件定義網(wǎng)絡（SDN）思想的興起，將網(wǎng)絡層的控制平面（路由決策）與數(shù)據(jù)平面（分組轉發(fā)）分離，通過集中式的控制器進行靈活可編程的路由管理，代表了網(wǎng)絡層架構的重要演進方向。

網(wǎng)絡層是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的“交通總指揮部”和“國際翻譯官”。它通過IP尋址建立全局標識，通過路由選擇規(guī)劃全球路徑，通過分組轉發(fā)執(zhí)行傳輸任務，最終實現(xiàn)了任意兩臺主機之間跨越千山萬水的邏輯連通，構筑了互聯(lián)網(wǎng)這座數(shù)字信息世界的宏偉基石。