La couche de réseau virtuelle inclut des adaptateurs réseau virtuelles et des commutateurs virtuels. ESXi utilise la couche réseau virtuelle pour les communications entre les machines virtuelles et leurs utilisateurs. Par ailleurs, les hôtes utilisent cette couche pour communiquer avec les SAN iSCSI, les espaces de stockage NAS, entre autres.

Les méthodes utilisées pour sécuriser un réseau de machines virtuelles dépendent du système d'exploitation invité installé, de la présence ou non d'un environnement sécurisé, ainsi que d'un certain nombre d'autres facteurs. Les commutateurs virtuels offrent un niveau de protection élevé lorsqu'ils sont utilisés avec d'autres mesures de sécurité (installation de pare-feu, notamment).

ESXi prend également en charge les réseaux VLAN IEEE 802.1q, que vous pouvez utiliser pour renforcer la protection du réseau de machines virtuelles ou la configuration de stockage. Les VLAN permettent de segmenter un réseau physique : ainsi, deux machines du même réseau physique peuvent s'envoyer mutuellement des paquets ou en recevoir (sauf s'ils se trouvent sur le même réseau VLAN).