Il protocollo fondamentale a livello OSI di rete e' lo Internet Protocol (IP), che ha la funzione principale di smistare pacchetti, detti datagrammi tra reti interconnesse, eventualmente gestendo la diversa massima dimensione sulle due reti con la frammentazione dei pacchetti. Il servizio fornito da IP e' inaffidabile, ma per progetto iniziale stesso della rete ARPANET.
Il datagramma che IP scambia contiene dei campi di Indirizzi IP del mittente e del destinatario, che sono di 32 bit di lunghezza, e sono logicamente suddivisi in una porzione Indirizzo di Rete ed una di Indirizzo di Host. La lunghezza di ciascuna porzione e' data da un registro a bordo dei nodi di rete detto maschera di rete.
Il routing o smistamento dei pacchetti avviene tramite la consultazione di Tabelle di Routing da parte di IP, tabelle che sono riempite in tempi e modi separati tramite l'ausilio di altri protocolli detti Protocolli di Ricerca Percorso. E' previsto l'uso di un protocollo ausiliario di controllo di rete, detto Internet Message Control Protocol (ICMP), che aiuta a risolvere situazioni di variazione di configurazione rete, congestioni, e a segnalare l'impossibile recapito o la perdita di datagrammi in certe situazioni.
A livello trasporto sono offerti due tipi di servizi, con connessione e senza connessione, gestiti dai protocolli Transmission Control Protocol (TCP) e User Datagram Protocol (UDP).
TCP si occupa della separazione in unita' trasmissive del messaggio proveniente da livelli piu' alti. Il protocollo a livello piu' alto che deve inviare il messaggio e' identificato da un numero intero, di porto. L'unita' trasmissiva riceve un numero di sequenza che serve al TCP del ricevente per ricostruire il messaggio.
TCP stabilisce un circuito virtuale ed opera uno handshake con la corrispettiva macchina remota. Quindi invia i pacchetti in sequenza, usando un controllo di flusso a finestra di dimensione dinamica a seconda dello stato di congestione della rete. Il controllo errori e' del tipo go-back-N. Il servizio e' affidabile e garantisce la sequenzialita' delle unita' inviate.
TCP possiede molte opzioni per il supporto di pacchetti di dimensioni anche piccole e per comunicazioni fuori bamda per il controllo dello stato del circuito virtuale.
Il protocollo UDP e' molto piu' semplice e fornisce un servizio senza connessione e senza controllo errori, che e' lasciato a protocolli a livelli superiori. L'unita' trasmissiva e' detta datagramma utente e viene recapitata tramite la rete in modo singolo, senza mantenere alcuno stato di connessione e senza memoria di eventuali unita' dello stesso messaggio inviate in precedenza. Non e' supportata la garanzia di sequenzialita'.
La serie di protocolli TCP/IP e' fornita di numerosi protocolli applicativi a livelli superiori. Il modello del Dipartimento della Difesa non fa' alcuna distinzione tra livelli applicativi, di presentazione e di sessione: gli applicativi devono occuparsi di tutti questi aspetti.
Uno degli applicativi piu' famosi basati sui protocolli TCP/IP e' il Network File System (NFS), un sistema di condivisione files.
NFS e' stato sviluppato soprattutto per il sistema UNIX, anche se esistono applicativi che lo implementano su DOS e su Windows (varie versioni). E' un protocollo molto veloce e resistente, molto piu' di NetBIOS/SMB. Per sua natura non supporta direttamente i lock ma usa dei protocolli ausiliari basati su TCP che li supportano, insieme a qualsiasi altra necessita' di mantenere uno 'stato' di operazioni.
E' un protocollo di solo supporto files, che non permette la condivisione di stampanti ed altre periferiche.