TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧分為應(yīng)用層（Application）、傳輸層（Transport）、網(wǎng)絡(luò)層（Network）和鏈路層（Link）四層。如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。
兩臺計算機通過TCP/IP協(xié)議通訊的過程如下所示（該圖出自[TCPIP]）。
傳輸層及其以下的機制由內(nèi)核提供，應(yīng)用層由用戶進程提供（后面將介紹如何使用socket API編寫應(yīng)用程序），應(yīng)用程序?qū)νㄓ崝?shù)據(jù)的含義進行解釋，而傳輸層及其以下處理通訊的細節(jié)，將數(shù)據(jù)從一臺計算機通過一定的路徑發(fā)送到另一臺計算機。應(yīng)用層數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上時，每層協(xié)議都要加上一個數(shù)據(jù)首部（header），稱為封裝（Encapsulation），如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。
不同的協(xié)議層對數(shù)據(jù)包有不同的稱謂，在傳輸層叫做段（segment），在網(wǎng)絡(luò)層叫做數(shù)據(jù)報（datagram），在鏈路層叫做幀（frame）。數(shù)據(jù)封裝成幀后發(fā)到傳輸介質(zhì)上，到達目的主機后每層協(xié)議再剝掉相應(yīng)的首部，最后將應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給應(yīng)用程序處理。
上圖對應(yīng)兩臺計算機在同一網(wǎng)段中的情況，如果兩臺計算機在不同的網(wǎng)段中，那么數(shù)據(jù)從一臺計算機到另一臺計算機傳輸過程中要經(jīng)過一個或多個路由器，如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。
其實在鏈路層之下還有物理層，指的是電信號的傳遞方式，比如現(xiàn)在以太網(wǎng)通用的網(wǎng)線（雙絞線）、早期以太網(wǎng)采用的的同軸電纜（現(xiàn)在主要用于有線電視）、光纖等都屬于物理層的概念。物理層的能力決定了最大傳輸速率、傳輸距離、抗干擾性等。集線器（Hub）是工作在物理層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，用于雙絞線的連接和信號中繼（將已衰減的信號再次放大使之傳得更遠）。
鏈路層有以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等標(biāo)準(zhǔn)，鏈路層負責(zé)網(wǎng)卡設(shè)備的驅(qū)動、幀同步（就是說從網(wǎng)線上檢測到什么信號算作新幀的開始）、沖突檢測（如果檢測到?jīng)_突就自動重發(fā)）、數(shù)據(jù)差錯校驗等工作。交換機是工作在鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以在不同的鏈路層網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀（比如十兆以太網(wǎng)和百兆以太網(wǎng)之間、以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)之間），由于不同鏈路層的幀格式不同，交換機要將進來的數(shù)據(jù)包拆掉鏈路層首部重新封裝之后再轉(zhuǎn)發(fā)。
網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議是構(gòu)成Internet的基礎(chǔ)。Internet上的主機通過IP地址來標(biāo)識，Internet上有大量路由器負責(zé)根據(jù)IP地址選擇合適的路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包從Internet上的源主機到目的主機往往要經(jīng)過十多個路由器。路由器是工作在第三層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時兼有交換機的功能，可以在不同的鏈路層接口之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，因此路由器需要將進來的數(shù)據(jù)包拆掉網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層兩層首部并重新封裝。IP協(xié)議不保證傳輸?shù)目煽啃?，?shù)據(jù)包在傳輸過程中可能丟失，可靠性可以在上層協(xié)議或應(yīng)用程序中提供支持。
網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)點到點（point-to-point）的傳輸（這里的“點”指主機或路由器），而傳輸層負責(zé)端到端（end-to-end）的傳輸（這里的“端”指源主機和目的主機）。傳輸層可選擇TCP或UDP協(xié)議。TCP是一種面向連接的、可靠的協(xié)議，有點像打電話，雙方拿起電話互通身份之后就建立了連接，然后說話就行了，這邊說的話那邊保證聽得到，并且是按說話的順序聽到的，說完話掛機斷開連接。也就是說TCP傳輸?shù)碾p方需要首先建立連接，之后由TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性，丟失的數(shù)據(jù)包自動重發(fā)，上層應(yīng)用程序收到的總是可靠的數(shù)據(jù)流，通訊之后關(guān)閉連接。UDP協(xié)議不面向連接，也不保證可靠性，有點像寄信，寫好信放到郵筒里，既不能保證信件在郵遞過程中不會丟失，也不能保證信件是按順序寄到目的地的。使用UDP協(xié)議的應(yīng)用程序需要自己完成丟包重發(fā)、消息排序等工作。
目的主機收到數(shù)據(jù)包后，如何經(jīng)過各層協(xié)議棧最后到達應(yīng)用程序呢？整個過程如下圖所示（該圖出自[TCPIP]）。
以太網(wǎng)驅(qū)動程序首先根據(jù)以太網(wǎng)首部中的“上層協(xié)議”字段確定該數(shù)據(jù)幀的有效載荷（payload，指除去協(xié)議首部之外實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)）是IP、ARP還是RARP協(xié)議的數(shù)據(jù)報，然后交給相應(yīng)的協(xié)議處理。假如是IP數(shù)據(jù)報，IP協(xié)議再根據(jù)IP首部中的“上層協(xié)議”字段確定該數(shù)據(jù)報的有效載荷是TCP、UDP、ICMP還是IGMP，然后交給相應(yīng)的協(xié)議處理。假如是TCP段或UDP段，TCP或UDP協(xié)議再根據(jù)TCP首部或UDP首部的“端口號”字段確定應(yīng)該將應(yīng)用層數(shù)據(jù)交給哪個用戶進程。IP地址是標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中不同主機的地址，而端口號就是同一臺主機上標(biāo)識不同進程的地址，IP地址和端口號合起來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中唯一的進程。
注意，雖然IP、ARP和RARP數(shù)據(jù)報都需要以太網(wǎng)驅(qū)動程序來封裝成幀，但是從功能上劃分，ARP和RARP屬于鏈路層，IP屬于網(wǎng)絡(luò)層。雖然ICMP、IGMP、TCP、UDP的數(shù)據(jù)都需要IP協(xié)議來封裝成數(shù)據(jù)報，但是從功能上劃分，ICMP、IGMP與IP同屬于網(wǎng)絡(luò)層，TCP和UDP屬于傳輸層。本文對RARP、ICMP、IGMP協(xié)議不做進一步介紹，有興趣的讀者可以看參考資料。
