TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên cứu và phát triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) thuộc Bộ quốc phòng Hoa kỳ tài trợ. Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả một tập giao thức và dịch vụ truyền thông được công nhận thành chuẩn cho Internet. Cho đến nay, TCP/IP đã xâm nhập tới rất nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, trong đó có các mạng máy tính cục bộ và mạng truyền thông công nghiệp.
Kiến trúc giao thức TCP/IP và đối chiếu với mô hình OSI được minh họa trên Hình 2.40. Khác với OSI, thực ra không có một mô hình giao thức nào được công bố chính thức cho TCP/IP. Tuy nhiên, dựa theo các chuẩn giao thức đã được phát triển, ta có thể sắp xếp các chức năng truyền thông cho TCP/IP thành năm lớp độc lập là lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp Internet, lớp truy nhập mạng và lớp vật lý.
Nếu tách riêng TCP và IP thì đó là những chuẩn riêng về giao thức truyền thông, tương đương với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mô hình OSI. Nhưng người ta cũng dùng TCP/IP để chỉ một mô hình truyền thông, ra đời trước khi có chuẩn OSI.
Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng thực hiện các chức năng hỗ trợ cần thiết cho nhiều ứng dụng khác nhau. Với mỗi loại ứng dụng cần một module riêng biệt, ví dụ FTP (File Transfer Protocol) cho chuyển giao file, TELNET cho làm việc với trạm chủ từ xa, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) cho chuyển thư điện tử, SNMP (Simple Network Management Protocol) cho quản trị mạng và DNS (Domain Name Service) phục vụ quản lý và tra cứu danh sách tên và địa chỉ Internet.
Lớp vận chuyển
Cơ chế bảo đảm dữ liệu được vận chuyển một cách tin cậy hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc tính của các ứng dụng sử dụng dữ liệu. Chính vì thế, cơ chế này được sắp xếp vào một lớp độc lập để tất cả các ứng dụng khác nhau có thể sử dụng chung, được gọi là lớp vận chuyển. Có thể nói, TCP là giao thức tiêu biểu nhất, phổ biến nhất phục vụ việc thực hiện chức năng nói trên. TCP hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối.
Bên cạnh TCP, giao thức UDP (User Data Protocol) cũng được sử dụng cho lớp vận chuyển. Khác với TCP, UDP cung cấp dịch vụ không có nối cho việc gửi dữ liệu mà không đảm bảo tuyệt đối đến đích, không đảm bảo trình tự đến đích của các gói dữ liệu. Tuy nhiên, UDP lại đơn giản và hiệu suất, chỉ đòi hỏi một cơ chế xử lý giao thức tối thiểu, vì vậy thường được dùng làm cơ sở thực hiện các giao thức cao cấp theo yêu cầu riêng của người sử dụng; một ví dụ tiêu biểu là giao thức SNMP. Lớp Internet Tương tự như lớp mạng ở OSI,
lớp Internet
có chức năng chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng được liên kết với nhau. Giao thức IP được sử dụng ở chính lớp này, như cái tên của nó hàm ý. Giao thức IP được thực hiện không những ở các thiết bị đầu cuối, mà còn ở các bộ router. Một router chính là một thiết bị xử lý giao thức dùng để liên kết hai mạng, có chức năng chuyển giao dữ liệu từ một mạng này sang một mạng khác, trong đó có cả nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu.
Lớp truy nhập mạng
Lớp truy nhập mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn, kiểm lỗi và lưu thông dữ liệu, giống như lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI.
Lớp vật lý
Giống như trong mô hình OSI, lớp vật lý đề cập tới giao diện vật lý giữa một thiết bị truyền dữ liệu (ví dụ máy tính PC, PLC) với môi trường truyền dẫn hay mạng, trong đó có đặc tính tín hiệu, chế độ truyền, tốc độ truyền và cấu trúc cơ học các phích cắm/giắc cắm.
So sánh giữa TCP/IP và OSI là một ví dụ làm sáng tỏ bản chất và ý nghĩa thật sự của mô hình qui chiếu OSI. Trong thực tế không có một giao thức nào được gọi là giao thức OSI, cũng không có dịch vụ nào được gọi là dịch vụ OSI. Ta chỉ có thể sắp xếp giao thức nào, dịch vụ nào thuộc lớp nào hay tương đương với lớp nào trong mô hình qui chiếu này.