IP 互聯網層，包含了網絡層的地址，展開此層，可以看到數據包的源 IP 、目的 IP 地址。它的功能主要包含 3 個方面：
第一、處理來自傳輸層的分組發送請求。將分組裝入 IP 數據報，填充報頭，選擇去往目的節點的路徑，然後將數據報發往適當的網絡接口。
第二、處理輸入數據報。首先檢查數據報的合法性，然後進行路由選擇，假如該數據報已到達目的節點（本機），則去掉報頭，將IP報文的數據部分交給相應的傳輸層協議；假如該數據報尚未到達目的節點，則轉發該數據報。
第三、處理 ICMP （internet message protocol，網際控制信息協議）報文，即處理網絡的路由選擇、流量控制和擁塞控制等問題。TCP/IP 網絡模型的互聯網層在功能上非常類似於 OSI 參考模型中的網絡層。