Сетевой уровень Х.25/3 (в стандарте он назван не сетевым, а пакетным уровнем) реализуется с использованием 14 различных типов пакетов, по назначению аналогичных типам кадров протокола LAP-B. Так как надежную передачу данных обеспечивает протокол LAP-B, протокол Х.25/3 выполняет функции маршрутизации пакетов, установления и разрыва виртуального канала между конечными абонентами сети и управления потоком пакетов.

После установления соединения на канальном уровне конечный узел должен установить виртуальное соединение с другим конечным узлом сети. Для этого он в кадрах LAP-B посылает пакет Call Request протокола Х.25.

Для сокращения размера адресных таблиц в коммутаторах сетей Х.25 реализуется принцип агрегирования адресов. Все терминалы, имеющие общий префикс в адресе, подключаются при этом к общему входному коммутатору подсети, соответствующему значению префикса. Например, если путь ко всем терминалам, имеющим адреса с префиксом 251 456, пролегает через общий коммутатор S1, то в таблице маршрутизации коммутаторов, через которые проходит путь к коммутатору S1, помещается единственная запись – 251 456, которая соответствует как конечному хосту 251 456 12, так и конечному узлу 251 45. Маски в коммутаторах не используются, а младшие разряды адреса, которые не нужны при маршрутизации, просто опускаются.

Коммутаторы сетей Х.25 представляют собой гораздо более простые и дешевые устройства по сравнению с маршрутизаторами сетей TCP/IP. Это объясняется тем, что они не поддерживают процедуру обмена маршрутной информацией и нахождения оптимальных маршрутов, а также не выполняют преобразований формата кадров канальных протоколов, то есть они технологически проще. По принципу работы они более приближены к коммутаторам локальных сетей, чем к маршрутизаторам. Однако работа, которую выполняют коммутаторы Х.25 над пришедшими кадрами, включает больше этапов, чем при продвижении кадров коммутаторами локальных сетей. Коммутатор Х.25 должен принять кадр LAP-B и ответить на него другим кадром LAP-B, в котором подтвердить получение кадра с конкретным номером. При утере или искажении кадра коммутатор должен организовать повторную передачу кадра. Если же с кадром LAP-B все в порядке, то коммутатор должен извлечь пакет Х.25, на основании номера виртуального канала определить выходной порт, а затем сформировать новый кадр LAP-B для дальнейшего продвижения пакета. Коммутаторы локальных сетей такой работой не занимаются и просто передают кадр в том виде, в котором он пришел на выходной порт.