Los protocolos que forman la suite de protocolos TCP/IP pueden describirse en términos del modelo de referencia OSI. En el modelo OSI, la capa de acceso a la red y la capa de aplicación del modelo TCP/IP están subdivididas para describir funciones discretas que deben producirse en estas capas.
En la capa de acceso a la red, la suite de protocolos TCP/IP no especifica qué protocolos se deben utilizar cuando se transmite por un medio físico, sino que solo describe la transferencia desde la capa de Internet hacia los protocolos de red física. Las capas 1 y 2 de OSI tratan los procedimientos necesarios para acceder a los medios y las maneras físicas de enviar datos a través de una red.
Como se muestra en la ilustración, los paralelismos fundamentales entre los dos modelos de red se producen en las capas 3 y 4 de OSI. La capa 3 de OSI, la capa de red, se utiliza casi universalmente para describir el alcance de los procesos que ocurren en todas las redes de datos para dirigir y enrutar mensajes a través de una internetwork. IP es el protocolo de la suite TCP/IP que incluye la funcionalidad descrita en la capa 3 de OSI.
La capa 4, la capa de transporte del modelo OSI, describe los servicios y las funciones generales que proporcionan la entrega ordenada y confiable de datos entre los hosts de origen y de destino. Estas funciones incluyen acuse de recibo, recuperación de errores y secuenciamiento. En esta capa, los protocolos TCP/IP, el protocolo TCP y el protocolo de datagramas del usuario (UDP) proporcionan la funcionalidad necesaria.
La capa de aplicación de TCP/IP incluye un número de protocolos que proporciona funcionalidad específica a una variedad de aplicaciones de usuario final. Las capas 5, 6 y 7 del modelo OSI se utilizan como referencias para proveedores y desarrolladores de software de aplicación para fabricar productos que funcionan en redes.