آدرس‌دهی لایه ۳ شبکه، یکی از وظایف اصلی لایه شبکه محسوب می‌شود. آدرس‌های این شبکه همواره منطقی هستند، یعنی آدرس‌هایی بر مبنای نرم‌افزار هستند و می‌توان با پیکربندی مناسب آن‌ها را تغییر داد.
آدرس شبکه معمولاً به یک میزبان یا گره و یا سرور اشاره می‌کند. همچنین آدرس می‌تواند نشان‌دهنده کل یک شبکه باشد. آدرس شبکه همواره روی کارت اینترفیس آن پیکربندی می‌شود و عموماً روی آدرس‌های MAC سیستم مورد نگاشت قرار می‌گیرد. آدرس‌های MAC در واقع آدرس‌های سخت‌افزاری یا آدرس‌های لایه 2 ماشین هستند که برای ارتباط در لایه 2 استفاده می‌شوند.
انواع مختلفی از آدرس‌های شبکه با عناوین IP ،IPX و AppleTalk وجود دارند که البته در این نوشته صرفاً IP را برسی می‌کنیم، چون تنها گزینه‌ای است که عملاً امروزه استفاده می‌شود.
آدرس‌دهی IP سازوکاری برای ایجاد تمایز بین میزبان‌ها و شبکه فراهم می‌سازد. ازآنجاکه آدرس‌های IP به روش سلسله‌مراتبی تخصیص می‌یابند، میزبان همواره تحت شبکه خاصی قرار می‌گیرد. میزبانی که نیاز به ارتباط با خارج از subnet خود دارد، می‌بایست آدرس شبکه مقصد را که بسته یا داده‌ها به آنجا ارسال می‌شوند بداند.
میزبان‌ها در subnet-های مختلف به سازوکاری برای یافتن موقعیت همدیگر نیاز دارند. این کار از طریق DNS صورت می‌گیرد. DNS سروری است که آدرس لایه 3 میزبان ریموت را که روی نام دامنه یا FQDN تنظیم شده است ارائه می‌کند. هنگامی که یک میزبان آدرس لایه 3 (یعنی آدرس IP) را از میزبان ریموت اخذ می‌کند، همه بسته‌هایش را به «گیت‌وی» (Gateway) آن ارسال می‌کند. گیت‌وی روتری است که اطلاعات موردنیاز برای مسیریابی بسته‌ها به سمت میزبان مقصد را در اختیار دارد.
روترها از جدول‌های مسیریابی بهره می‌گیرند که حاوی اطلاعاتی در مورد روش رسیدن به شبکه هستند. روترها به‌محض دریافت یک درخواست فوروارد کردن، بسته‌ها را به hop (روتر مجاور) در مسیر مقصد فوروارد می‌کنند. روتر بعدی در طول مسیر نیز همین کار را تکرار می‌کند تا این که بسته‌های داده به مقصد خود برسند.
آدرس شبکه می‌تواند یکی از حالت‌های زیر را داشته باشد:
- Unicast با مقصد یک میزبان
- Multicast با مقصد گروهی
- Broadcast با مقصد همه
- Anycast با مقصد نزدیک‌ترین مورد
روتر هرگز به صورت پیش‌فرض ترافیک را به روش Broadcast فوروارد نمی‌کند. ترافیک Multicast از تدابیر خاصی استفاده می‌کند، چون غالباً یک جریان ویدئویی یا صورتی با اولویت‌بندی بالا است. Anycast حالتی شبیه به Unicast دارد؛ به جز این در صورت وجود چند مقصد، بسته‌ها به نزدیک‌ترین مقصد تحویل می‌شوند.
