Канальный уровень (data link layer) обеспечивает прозрачность соединения для сетевого уровня и ответственен за доставку данных адресату и их целостность. Для этого он выполняет следующие функции: устанавливает логическое соединение между взаимодействующими узлами, согласовывает в рамках соединения скорости передатчика и приемника информации и обеспечивает надежную передачу данных, а также обнаружение и коррекцию ошибок. Единицей нагрузки канального уровня является кадр (frame), состоящий из поля данных и заголовка. На этом уровне осуществляется адресация в сети посредством реализации еще одной функции канального уровня связи – функции управления доступом к среде (Medium Access Control или MAC). Следует отметить, что протокол канального уровня работает в пределах сети, входящей в виде одного из элементов в более крупную сеть, части которой объединены протоколами сетевого уровня. Адреса, с которыми работает протокол канального уровня, используются для доставки кадров только в пределах этой сети, а для перемещения единиц нагрузки между сетями применяется протокол и адреса следующего – сетевого – уровня.
Сетевой уровень (network layer) служит для образования единой транспортной системы и называемой составной сетью, или интернетом. Следует отметить, что Интернет (с прописной буквы) является реализацией как раз составной сети, построенной на основе технологии TCP/IP. Единицей нагрузки сетевого уровня является пакет (packet), заголовок которого имеет унифицированный формат, не зависящий от формата единиц нагрузки предыдущего уровня. Функции сетевого уровня реализуются группой протоколов и специальными устройствами – маршрутизаторами, посредством которых осуществляется физическое соединение сетей. Для того чтобы протоколы сетевого уровня могли доставлять пакеты любому узлу составной сети, эти узлы должны иметь уникальные в пределах этой составной сети адреса – такие адреса называются глобальными или сетевыми. На сетевом уровне определяются два вида протоколов – маршрутизируемые протоколы (реализуют продвижение пакетов через сеть) и маршрутизирующие протоколы (с их помощью осуществляется выбор маршрута движения пакетов).
Транспортный уровень (transport layer) обеспечивает приложениям и верхним уровням – прикладному, представления и сеансовому – передачу данных с соответствующей степенью надежности. Единицей нагрузки транспортного уровня является сегмент (segment) / датаграмма (datagram). Все протоколы, начиная с транспортного уровня, реализуются уже программными средствами устройств сети – компонентами их операционных систем. К транспортным протоколам относятся TCP и UDP, о которых речь пойдет далее.
Следующие три уровня работают одновременно на нескольких уровнях модели OSI, поэтому нет четкого разделения, в частности, на сеансовый и представительский уровни.
Сеансовый уровень