Een typische protocolarchitectuur bestaat uit meerdere lagen, elk met specifieke verantwoordelijkheden en functionaliteiten. Deze lagen kunnen worden onderverdeeld in twee brede categorieën:

1. Applicatielaag: Deze laag is verantwoordelijk voor het leveren van diensten en applicaties aan gebruikers. Het omvat protocollen en standaarden voor specifieke toepassingen, zoals e-mail (SMTP), surfen op het web (HTTP), bestandsoverdracht (FTP) en audio-/videoconferenties.

2. Transportlaag: De transportlaag zorgt voor een betrouwbare gegevensoverdracht tussen apparaten. Het biedt mechanismen voor foutcontrole, stroomcontrole en congestiecontrole. Belangrijke protocollen op deze laag zijn onder meer Transmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol (UDP) en Stream Control Transmission Protocol (SCTP).

Onder de transportlaag bevinden zich verschillende extra lagen die netwerkcommunicatie ondersteunen en vergemakkelijken:

3. Netwerklaag: Deze laag is verantwoordelijk voor het routeren van datapakketten van het ene apparaat naar het andere via een netwerk. Het maakt gebruik van adresserings- en routeringsprotocollen om het beste pad voor gegevensoverdracht te bepalen. Protocollen op deze laag omvatten Internet Protocol (IP), Internet Control Message Protocol (ICMP) en Address Resolution Protocol (ARP).

4. Gegevenslinklaag: De datalinklaag beheert de verzending en ontvangst van dataframes tussen apparaten op hetzelfde fysieke netwerk. Het bevat protocollen voor het inlijsten van gegevens, foutcorrectie en stroomcontrole. De belangrijkste protocollen op deze laag zijn Ethernet, Wi-Fi (802.11) en High-Level Data Link Control (HDLC).

5. Fysieke laag: De fysieke laag definieert de fysieke kenmerken van het netwerk, inclusief het transmissiemedium (zoals kabels of draadloos), signaalcodering, bitsnelheden en synchronisatie. Protocollen op deze laag omvatten Ethernet-standaarden voor de fysieke laag, Wi-Fi (802.11) en mobiele netwerkstandaarden.

Deze lagen werken hiërarchisch samen, waarbij elke laag voortbouwt op de diensten die worden geleverd door de onderliggende lagen. Gegevens worden doorgegeven van de applicatielaag via de transportlaag en de netwerklaag naar de datalinklaag, waar ze via het fysieke medium worden verzonden. Hetzelfde proces vindt omgekeerd plaats bij het ontvangen van gegevens.

Door de protocolarchitectuur te begrijpen, kunnen netwerkingenieurs, ontwikkelaars en onderzoekers netwerkproblemen identificeren en oplossen, efficiënte communicatiesystemen ontwerpen en nieuwe protocollen en toepassingen ontwikkelen die netwerkbronnen effectief kunnen gebruiken.