Ağ katmanı veya 3. katman (İngilizce: network layer), veri paketinin farklı bir ağa gönderilmesi gerektiğinde, veri paketine yönlendiricilerin kullanacağı bilginin eklendiği katmandır. Örneğin IP iletişim kuralı bu katmanda görev yapar.

Ağ katmanı, sunucular arası yönlendirme dahil olmak üzere kaynaktan hedefe paketin iletilmesinden sorumludur, hâlbuki veri bağlantı katmanı aynı bağlantı üzerindeki çerçevenin iletilmesinden sorumludur.

Ağ katmanında bulunan fonksiyonlar:

• Bağlantı modeli: Bağlantı Yönelimli ve Bağlantısız İletişim

Örneğin, normal posta (mektup) bağlantısızdır, şöyle ki bir mektup gönderildiğinde alıcının bir şey yapmasını gerek yoktur. Diğer taraftan, telefon sistemi bağlantı yönelimlidir çünkü bağlantı kurulmadan önce karşı tarafın telefonu açması gerekir. Osi ağ katmanı protokolü hem bağlantı yönelimli hem de bağlantısız olabilir. Buna karşın, TCP/IP internet katmanı sadece bağlantısız İnternet protokolünü (IP) destekler; fakat bağlantı yönelimli protokol, modelin daha yüksek katmanlarında mevcuttur.

• Sunucu Adresleme :

Ağdaki her sunucunun nerede olduğunun belirlenmesi için eşsiz bir adrese ihtiyacı vardır. Normalde bu adres hiyerarşik bir sistem tarafından atanır, yani evinizdeki kişiler için “Mehmet Mansız” sizin eşsiz adresiniz olabilirken, Ankara'dakiler için “Mehmet Mansız,Beldemiz Sitesi, Sincan” veya Türkiye'deki kişiler için “Mehmet Mansız,Beldemiz Sitesi, Sincan, Ankara” ve Dünya'nın herhangi bir yerindeki kişi için “Mehmet Mansız,Beldemiz Sitesi, Sincan, Ankara, Türkiye” adresiniz olabilir. İnternette adresler İnternet Protokol adresleri (IP) olarak bilinir.

• Mesaj Yönlendirme:

Geniş alan iletişimleri için birçok ağın alt ağlara bölünmesi ve birbirlerine bağlanmasında gerekir, bunun için ağlar özelleştirilmiş hostlar kullanır ve bunlara ağ geçitleri (gateways) veya yönlendirici (routers) denir ve adı geçen cihazlar paketleri ağlar arasında yönlendirir. Bu ayrıca mobil uygulamaların da ilgisini çekti. Şöyle ki, bir kullanıcı bir yerden başka bir yere gittiğinde bu cihazlar kullanıcıyı izleyecek şekilde mesajlarını yönlendirmeli. IPv4 bu özellik ile dizayn edilmedi, buna rağmen taşınabilirlik (hareketlilik) eklentisi mevcut. IPv6 ise çözüm için daha iyi bir dizayna sahiptir.

• Taşıma katmanından gelen hizmet isteklerine cevap vermek ve bu hizmetleri Veri bağlantısı katmanına iletmek,
• Adresleri yönlendirme(router) işlemini yapmak,
• Verinin kaynaktan varışa ulaşması için takip edeceği yolun bulunması,
• Heterojen alt ağların bulunduğu bir ortamda alt ağlardan geçiş sırasında adresleme ve paket boyu farklılığı gibi problemlere çözüm bulur.

TCP/IP modeli RFC 1122’de tanımlanmıştır. Bu model Internet katmanı olarak adlandırılır ve bağlantı katmanının üzerindedir. Birçok kitapta ve diğer kaynaklarda sıklıkla Internet katmanı, OSI’nin ağ katmanına eşlenmiştir. TCP/IP nin internet katmanı aslında sadece ağ katmanının alt fonksiyonlarından biridir. Sadece bir tür ağ mimarisini tanımlar, bu da internettir. TCP/IP bir temel tasarım kriteri değildir ve genel olarak "zararlı" (RFC 3439) kabul edildiğinden beri bu modelleri direkt olarak karşılaştırmaktan kaçınılmalıdır.

• IP
• ICMP
• IPsec
• ARP
• RIP
• OSPF
• BGP
• IPX

• RFC 1112
• RFC 3439
• Wikipedia İngilizce