1 基於4層的TCP/IP協議棧基本描述
基於4層的TCP/IP協議棧最具說服力的是：這一觀點是由TCP/IP原始標準的創立者——美國國防部提出的，它與ISO/OSI參考模型的對應關係如下圖：
圖1 TCP/IP協議棧層次結構與ISO/OSI參考模型的對應關係
如圖1所示，TCP/IP協議棧從低層開始，依次爲網絡存取層、網絡互連層、傳輸層和應用層，具體描述如下：
1.1 網絡存取層（Network Access Layer）
網絡存取層（又稱網絡層），位於TCP/IP協議棧的最低層,該層中的協議提供了數據傳送的方法，使得系統可以通過連接的網絡將數據傳送到其它設備，並定義瞭如何利用網絡來傳送IP數據報。它基本上包括了ISO/OSI模型中的數據鏈路層和物理層的所有功能。TCP/IP網絡存取層定義了網絡傳送IP數據報的方式（即流與分組），使得系統能夠把數據傳送給與網絡直接相連的設備。
網絡存取層的協議與較高層協議不一樣，它必須知道物理網絡的各種細節，以便準確地格式化傳輸的數據，使其遵守網絡規定。因此，網絡存取層的協議種類繁多，每一個協議都對應一種物理網絡標準。這些協議常常由設備驅動程序和相關的程序結合而成，其內含的API除將IP數據封裝成能在網絡中傳送的單元——幀外，還能將IP地址轉換成爲網絡使用的物理地址。典型的協議實例有RFC 826（地址轉換協議 ARP）、RFC 894（以太網上IP數據報傳輸標準）等。
1.2 網絡互連層 （Internet Layer）
網絡互連層（又稱網際層）位於網絡存取層之上，由互連網協議（IP）、互連網控制報文協議（ICMP）和互連網組管理協議（IGMP）等協議組成。IP是TCP/IP的核心，也是網絡互連層中最重要的協議，它提供基本的分組傳送服務，是構建TCP/IP網絡的基礎。因爲，無論是IP上層還是IP下層的協議，也不管數據是輸入還是輸出，目的地在何方，它們都使用IP來傳遞數據。概括起來，IP主要完成以下任務：
IP是一個“無連接協議”，它在傳輸數據之前不交換控制信息來建立端到端的連接，而且還要依靠其它層的協議提供錯誤檢測和錯誤恢復。但這並不能說明IP協議是不可信賴的，事實上，它可以正確的將數據傳送到已連接的網絡，只是它並不能檢驗數據是否被正確地接收。
1.3 傳輸層（ Transport Layer）
傳輸層也稱主機到主機的傳輸層，位於TCP/IP棧的第3層，它爲應用層提供可靠的或不可靠的端到端服務。TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）是傳輸層中兩個最重要的協議。它們都爲應用層和網絡互連層傳送數據，二者的區別在於：TCP是一種可靠的、面向連接的、字節流協議，它利用端到端錯誤檢測與糾正功能提供可靠的數據傳輸服務，因爲它能驗證數據在網絡上是否以合適的序列正確地傳輸；而UDP是一個不可靠的無連接數據報協議，就像IP一樣，它能爲應用程序提供低開銷的無連接數據報傳輸服務。
總之，TCP的優勢在於可靠，但開銷大；而UDP比較適合於傳輸的數據量少及使用“查詢——響應”方式的應用程序的服務。
1.4 應用層（Application Layer）
應用層位於TCP/IP協議棧的頂層，它爲用戶提供各種網絡服務，如文件傳輸、遠程登錄、電子郵件等。同時，應用層包含與具體應用程序相關的所有細節。
對於網絡軟件工程師而言，你在應用層的工作是將信息傳到協議棧的下一合適層。協議棧的每一層要完成各自的功能。也就是說，TCP/IP協議將共同工作，完成地址轉換、尋址和數據傳輸工作。爲了和協議棧上的協議通信，必須知道有哪些協議可用，並知道它們在協議棧中的位置和功能。正常情況下應用程序將和傳輸協議的某一個協議（TCP或UDP）進行通信，或不使用傳輸層服務，直接與網絡互連層的IP打交道（如外部網關協議 EGP）。
2 基於5層的TCP/IP協議棧基本描述
相對於ISO/OSI模型，基於5層的TCP/IP協議比基於4層的TCP/IP協議更容易理解，具體的分層方案如下圖2：
圖2 TCP/IP協議棧層次結構與ISO/OSI參考模型的對應關係
比較圖2和圖1可以看出，從頂層向下三層（應用層、傳輸層和網絡互連層）對於基於5層的TCP/IP和基於4層的TCP/IP其功能都是一樣的，這裏不在贅述。除此之外，基於5層的TCP/IP在低層比基於4層的TCP/IP分層更詳細，即用物理層和鏈路層兩層來表示上面講到的網絡存取層。
2.1 物理層
TCP/IP協議棧的物理層與ISO/OSI模型的物理層相同——它包括攜帶網絡數據的傳輸媒體介質，這種介質通常是雙絞線、同軸電纜或標準串口線等，網絡設計人員必須知道網絡介質的傳輸特性。
2.2 鏈路層
鏈路層包括一個硬件接口和兩個協議模塊：地址解析協議（ARP）和反向地址解析協議（RARP）。鏈路層處理物理層和網絡互連層的數據交換，並向網絡互連層隱藏物理層的執行細節。當鏈路層完成其工作時，網絡互連層的協議不關心網絡是使用以太網技術還是令牌環技術，網絡互連層只是簡單地將數據傳給鏈路層，然後由鏈路層處理所有進一步的數據傳輸。
綜上所述，不論採用哪種分層方式，其核心和功能是一樣的，特別是在應用層。應用層的初級網絡用戶對分層幾乎不感興趣，但要進行網絡編程的人必須清楚這一點：當用戶啓動了某個應用層服務之後，該應用要首先建立一個到某特定機器的連接，隨後告訴目的機器本次連接的操作意圖，並控制整個操作過程。在源計算機系統中，應用層將要發送的信息交給服務層的TCP（或UDP），TCP通過增加TCP協議所規定的報頭來確保信息正確地傳輸到目的地。然後，TCP把包括目的地址在內的報頭和用戶數據交給網絡互連層的IP，IP負責爲信息選擇路由。由於 TCP和IP處理與網絡有關的細節，所以應用層協議可以將一個網絡連接看成一個簡單的字節流，而不必描述與通信有關的任何細節。
對網絡通信軟件設計者而言，一個網絡連接可由兩對元素完全刻畫：源主機的IP地址和應用程序端口號；目的主機的IP地址和應用程序端口號。爲了保證使用TCP/IP 協議的網絡中兩臺主機的正常連接，應禁止使用相同的IP地址和端口號，特別是IP地址。
