Il livello di rete può offrire servizi di due tipi fondamentali: non connesso e inaffidabile o connesso e affidabile.

Se il livello di rete è non connesso il compito della rete è solo quello di trasportare i pacchetti. I pacchetti, chiamati anche datagram in analogia con i telegrammi, devono contenere ognuno l’indirizzo di destinazione e possono seguire percorsi diversi e arrivare in modo non ordinato o non arrivare affatto; i controlli spettano ai livelli superiori.

Se il livello di rete è orientato alla connessione il percorso viene scelto al momento di stabilire la connessione e tutto il traffico scorre lungo la connessione, in modo ordinato; le connessioni sono chiamate circuiti virtuali, in analogia con i circuiti fisici del sistema telefonico.

Nei servizi connessi la complessità è nel livello di rete, nei servizi non connessi è nel livello di trasporto (che deve gestire connessione e affidabilità).

I servizi connessi richiedono una fase di creazione del circuito che richiede tempo (e spazio nelle tabelle dei router) ma poi per instradare un pacchetto basta consultare una tabella; si evitano le congestioni perché le risorse sono riservate al momento della creazione della connessione, ma se un router si guasta si rovinano le trasmissioni di tutti i circuiti virtuali che lo attraversano.

Nei servizi non connessi bisogna calcolare un percorso per ogni pacchetto; c’è più lavoro ma la rete è più robusta: in caso di guasto vanno persi solo i pacchetti in coda al router, gli altri seguiranno un percorso diverso.

I servizi non connessi sono i più usati; il TCP/IP a livello di rete offre solo un servizio non connesso con il protocollo IP. I servizi connessi sono sostenuti dalle società telefoniche; sono usati per esempio dallo standard ATM.