ネットワーク層とは？IPアドレスで経路を決めて中継するしくみを解説

ネットワーク層は、OSI参照モデルで通信を7つに分けた段のうち、下から3番目にあたります。「レイヤー3」「L3」と呼ばれるのもこの段です。

1つ下のデータリンク層は、ルーターを挟まない範囲の相手にしかデータを渡せません。それなのに、私たちは地球の裏側にあるサーバーとやり取りできています。

その差を埋めているのがこの段です。この記事では、ネットワーク層が何をしているのかを、ネットワークが専門ではない方に向けて解説します。

ネットワーク層とは？経路を決めて中継する段

ネットワーク層は、離れた相手まで届けるために、宛先を見て次にどこへ渡すかを決め、そこへ渡す段です。

荷物を送る仕事にたとえるなら、住所を見て、どの経路で運ぶかを決めるところにあたります。ここで大事なのは、この判断が、途中の営業所ごとに繰り返されることです。1か所で全行程を決めるのではなく、荷物が着くたびに「次はどこへ」を決め直しています。

ここで住所にあたるのが IPアドレスです。データリンク層が使うMACアドレスが「今つながっている隣の相手」を指すのに対して、IPアドレスは最終的な届け先を指します。

規格の原文はこう書いている

OSI参照モデルを定めた ITU-T 勧告 X.200（原文は英語）は、ネットワーク層の機能の筆頭に「経路選択と中継（routing and relaying）」を挙げています（7.5.4.1.2）。

さらに「中継のはたらきは、トランスポート層より下、つまりネットワーク層かそれより下で動く」とも定めています（7.5.2.4）。この一文が、次の段との境目を決めています（2026年8月16日確認）。

下の段だけで足りないのはなぜか、というところから見ると分かりやすくなります。

段	どこまで届けられるか	使う番号
第2層データリンク層	ルーターを挟まない範囲の相手まで	MACアドレス
第3層ネットワーク層	ルーターをいくつ越えても、最終的な届け先まで	IPアドレス

会社や家のネットワークの中だけなら、隣まで届けば足ります。ところが相手が別の建物、別の会社、別の国にいると、間にいくつもの機器を挟むことになります。

そこで必要になるのが「次はどこへ渡せばいいか」の判断です。これを担当する機器がルーターで、ネットワーク層はルーターが動くための段だと言えます。

「同じ部屋の機器とはつながるのに、外に出られない」

この症状は、データリンク層までは動いていて、ネットワーク層から先が怪しいときに出やすいものです。隣までは届いているのに、その先へ渡す判断ができていない状態にあたります。

このとき「外へ出るときの渡し先」にあたるのがデフォルトゲートウェイで、家庭ではふつうルーターがその役をしています。確認のしかたは専用の記事にまとめてあります。

⚠ ただし、同じ「外に出られない」でも、名前を引く仕組み（DNS）などもっと上の段が原因のこともあります。当たりをつけるための目安として使ってください。

宛先のIPアドレスを見て、次にどこへ渡すかを決めます。ルーターは経路表という一覧を持っていて、そこに照らして判断します。

ここで決めているのは「次の1歩」だけで、目的地までの全行程ではありません。次の機器も同じように次の1歩を決め、それを繰り返して届きます。なお、この段で扱うデータのひとかたまりをパケットと呼びます。

決めた経路に沿って、受け取ったパケットを次へ渡します。1つ上のトランスポート層と比べたときのこの段の特徴は、途中の機器が仕事をすることです。

トランスポート層は逆で、途中の機器はその段の仕事に関与せず、端の2台だけがやり取りします。「途中が働くか、端だけが働くか」が、第3層と第4層の分かれ目です。

「中継」という言葉に注意

1つ下の物理層にも「中継器」があります。ただしそちらは中身を見ずに信号をそのまま流し直すもので、この段の中継とは別です。ここでの中継は、宛先を見て、渡す先を選んだうえで渡すことを指します。

通り道によって、一度に運べる大きさの上限が違います。上限を超えるデータが来たときは、この段で小さく分けて送り、受け取り側で元に戻します。

インターネットにつながるコンピュータ（ホスト）が満たすべき条件をまとめた RFC 1122 も、この「分割と再構成」をIPの機能として挙げています。

「分ける」は3つの段に出てくる

紛らわしいので整理しておきます。データリンク層は分けません（ビットの並びをフレームに区切るだけ）。分けるのは、トランスポート層（送るデータを運べる大きさに切り分ける）と、ネットワーク層（通り道の上限を超えたものをさらに分ける）の2つです。

ネットワーク層の話には、それぞれ独立した記事があるほど大きな言葉がいくつも出てきます。深く知りたくなったら、下の記事へ進んでください。

IP のほかに、ICMP もこの段の取り決めです。ping や tracert が「相手まで届くか」を調べるときに使っているのがこれで、この段が動いているかを外から確かめる道具にあたります。

なお、機器の分類で言う「レイヤー3スイッチ（L3スイッチ）」は、この段まで見て振り分けられる製品のことです。

この記事では、OSI参照モデルの第3層にあたるネットワーク層について解説しました。

次の段では、届いたかどうかを端の2台で確かめ合う話に移ります。