โมเดล Open Systems Interconnection (OSI) กำหนดกรอบเครือข่ายเพื่อนำโปรโตคอลไปใช้ในรูปแบบชั้นๆ (layers) โดยมีการควบคุมส่งต่อจากชั้นหนึ่งไปอีกชั้นหนึ่ง มันใช้เป็นเครื่องมือสอนหลักในปัจจุบัน แบ่งสถาปัตยกรรมเครือข่ายคอมพิวเตอร์ออกเป็น 7 ชั้นอย่างมีเหตุผล
ชั้นล่างจัดการกับสัญญาณไฟฟ้า ชุดข้อมูลไบนरी (binary data) และการเส้นทาง (routing) ของข้อมูลเหล่านี้ข้ามเครือข่าย ชั้นบงกับคำขอและตอบสนองเครือข่าย การนำเสนอข้อมูล และโปรโตคอลเครือข่าย จากมุมมองของผู้ใช้
โมเดล OSI ถูกคิดค้นขึ้นมาในตอนแรกเป็นสถาปัตยกรรมมาตรฐานสำหรับสร้างระบบเครือข่าย และเทคโนโลยีเครือข่ายยอดนิยมหลายอย่างในปัจจุบันสะท้อนการออกแบบแบบชั้นของ OSI
ชั้นที่ 1: Physical Layer (ชั้นทางกายภาพ)
ที่ชั้น 1 ชั้น Physical ของโมเดล OSI รับผิดชอบการส่งข้อมูลบิตดิจิทัล (digital data bits) จากชั้น Physical ของอุปกรณ์ส่ง (source) ผ่านสื่อการสื่อสารเครือข่าย ไปยังชั้น Physical ของอุปกรณ์รับ (destination)
ตัวอย่างเทคโนโลยีชั้น 1 ได้แก่ สายเคเบิล Ethernet และ Hubs นอกจากนี้ Hubs และ Repeaters อื่นๆ เป็นอุปกรณ์เครือข่ายมาตรฐานที่ทำงานที่ชั้น Physical รวมถึงคอนเนกเตอร์สายเคเบิล
ที่ชั้น Physical ข้อมูลถูกส่งโดยใช้ประเภทการสัญญาณที่สื่อกายภาพรองรับ: แรงดันไฟฟ้า ความถี่วิทยุ หรือพัลส์ของแสงอินфраเรดหรือแสงสว่างสี
ชั้นที่ 2: Data Link Layer (ชั้นลิงก์ข้อมูล)
เมื่อรับข้อมูลจากชั้น Physical ชั้น Data Link จะตรวจสอบข้อผิดพลาดการส่งทางกายภาพ และบรรจุบิตเป็นเฟรมข้อมูล (data frames) ชั้น Data Link ยังจัดการโครงร่างการกำหนดที่อยู่ทางกายภาพ เช่น ที่อยู่ MAC สำหรับเครือข่าย Ethernet ควบคุมการเข้าถึงสื่อกายภาพของอุปกรณ์เครือข่าย
เนื่องจากชั้น Data Link เป็นชั้นที่ซับซ้อนที่สุดในโมเดล OSI มักแบ่งออกเป็น 2 ส่วนย่อย: ส่วนย่อย Media Access Control (MAC) และ ส่วนย่อย Logical Link Control (LLC)
ชั้นที่ 3: Network Layer (ชั้นเครือข่าย)
ชั้น Network เพิ่มแนวคิดของ Routing (การกำหนดเส้นทาง) เหนือชั้น Data Link เมื่อข้อมูลมาถึงชั้น Network ที่อยู่ต้นทางและปลายทางภายในแต่ละเฟรมจะถูกตรวจสอบ เพื่อตัดสินใจว่าข้อมูลถึงจุดหมายปลายทางสุดท้ายหรือยัง หากถึงแล้ว ชั้น 3 จะจัดรูปแบบข้อมูลเป็นแพ็กเก็ต (packets) ส่งต่อไปยังชั้น Transport มิฉะนั้น ชั้น Network จะอัปเดตที่อยู่ปลายทางและส่งเฟรมลงไปชั้นล่าง
เพื่อรองรับ Routing ชั้น Network รักษาที่อยู่เชิงตรรกะ (logical addresses) เช่น ที่อยู่ IP สำหรับอุปกรณ์บนเครือข่าย ชั้น Network ยังจัดการการแมป (mapping) ระหว่างที่อยู่เชิงตรรกะและที่อยู่ทางกายภาพ ในเครือข่าย IPv4 การแมปนี้ทำผ่าน Address Resolution Protocol (ARP) ส่วน IPv6 ใช้ Neighbor Discovery Protocol (NDP)
ชั้นที่ 4: Transport Layer (ชั้นขนส่ง)
ชั้น Transport ส่งข้อมูลข้ามการเชื่อมต่อเครือข่าย TCP (Transmission Control Protocol) และ UDP (User Datagram Protocol) เป็นตัวอย่างโปรโตคอลชั้น Transport Layer 4 ที่พบบ่อยที่สุด โปรโตคอลขนส่งต่างๆ อาจรองรับความสามารถเสริมหลากหลาย รวมถึงการกู้คืนข้อผิดพลาด (error recovery) ควบคุมโฟลว์ (flow control) และรองรับการส่งใหม่ (re-transmission)
ชั้นที่ 5: Session Layer (ชั้นเซสชัน)
ชั้น Session จัดการลำดับและโฟลว์ของเหตุการณ์ที่เริ่มต้นและยุติการเชื่อมต่อเครือข่าย ที่ชั้น 5 มันสร้างขึ้นเพื่อรองรับหลายประเภทของการเชื่อมต่อ ที่สามารถสร้างขึ้นแบบไดนามิกและรันบนเครือข่ายแต่ละเครือข่าย
ชั้นที่ 6: Presentation Layer (ชั้นนำเสนอ)
ชั้น Presentation มีหน้าที่เรียบง่ายที่สุดในโมเดล OSI ที่ชั้น 6 มันจัดการประมวลผลไวยากรณ์ (syntax processing) ของข้อมูลข้อความ เช่น การแปลงรูปแบบ (format conversions) และการเข้ารหัส/ถอดรหัส (encryption/decryption) ที่จำเป็นเพื่อรองรับชั้น Application ด้านบน
ชั้นที่ 7: Application Layer (ชั้นแอปพลิเคชัน)
ชั้น Application ให้บริการเครือข่ายแก่แอปพลิเคชันของผู้ใช้ปลายทาง บริการเครือข่ายคือโปรโตคอลที่ทำงานกับข้อมูลของผู้ใช้ ตัวอย่างเช่น ในแอปพลิเคชันเว็บเบราว์เซอร์ โปรโตคอล HTTP ของชั้น Application จัดแพ็กเกจข้อมูลที่ต้องส่งและรับเนื้อหาหน้าเว็บ ชั้น 7 นี้ให้ข้อมูลแก่ (และรับข้อมูลจาก) ชั้น Presentation
