Au début des communications informatiques on trouvait souvent des systèmes de communications assurant depuis le traitement du signal jusqu'à la réalisation du service à l'utilisateur, ou quasi. De la même façon, certains logiciels pouvaient assurer depuis la gestion des périphériques jusqu'au traitement de documents. Ainsi certains logiciels de dessin, par exemple, ne fonctionnaient qu'avec certains affichages ou certaines imprimantes ; ainsi les logiciels de communication de différents types étaient incapables d'inter-communiquer.

Aujourd'hui, cette époque est, pour ainsi dire, révolue. De plus en plus, s'impose la modularité, qui instaure une répartition des tâches, la séparation, par exemple, entre la gestion des périphériques, assurée par le système d'exploitation, l'affichage assuré par un système de fenêtre et le logiciel proprement dit. C'est grâce à cette même idée qu'Internet a pu voir le jour, et agréger des réseaux de natures différentes (ethernet, ligne téléphonique, ATM, Wifi, etc.).

Techniquement, ceci est réalisé en divisant le travail de communication entre plusieurs couches [layers] ou niveaux de communications, chacune utilisant des services fournis par la couche inférieure et offrant des services aux couches supérieures. Ce type d'organisation, très général, permet une conception plus fiable, plus évolutive et plus souple.

Les couches les plus usuelles d'Internet sont les suivantes, par niveau décroissant :

C1. Tout réseau se compose d'abord d'une partie matérielle, la couche physique [physical layer] : elle correspond à un type de support matériel (câble à paires torsadées [cf. LHaire] blindée (STP) ou non (UTP), fibre optique, transmission herzienne,...) et un type de signal sur ce support (en général deux signaux élémentaires, 0 et 1, émis à une cadence donnée). Cette couche véhicule l'information sous forme numérique, information qui sera mise en forme par la couche 2.

C2. La couche de liaison de données ou service de liaison de données [data link] assure l'établissement et le maintient de connexions entre nœuds d'un réseau, permettant ainsi d'assurer le transfert d'informations au moyen d'un ou plusieurs types de couches 1. Pour des réseaux locaux (LAN), ethernet est le service de liaison le plus usuel (les adresses ethernet sont parfois appelées « adresse MAC »). Actuellement (2003) le Wifi se développe considérablement, grâce à son très faible coût d'infrastucture (toutefois, il peut présenter des risques pour la santé similaires à ceux du téléphone portable). Une autre technologie fait également son entrée : le CPL [courant porteur en ligne], qui permet de véhiculer l'information via le réseau électrique d'un bâtiment. Le coût d'infrastructure est infime, mais les équipements de raccordement sont encore chers. Au niveau métropolitain (MAN, principalement pour le raccordement des particuliers), l'ADSL se développe abondamment [ADSL=Asymetric Digital Subscriber Line], prenant le relai des liaisons téléphoniques RTC (réseau téléphonique commuté, utilisant un modem). Au niveau régional (WAN), l'ATM s'impose actuellement en France.

C3. La couche réseau proprement dite ou service de connexion [network layer], de niveau 3, constitue un réseau à proprement parler et non des nœud isolés susceptibles de communiquer un à un (niveau 2). Le fait que cette couche soit séparée des couches inférieures permet de rendre la notion de réseau indépendante de la connectique qui la met en œuvre. Ainsi, par exemple, un réseau Apple (DDP) peut-il s'établir sur une infrastructure de “câbles téléphoniques” ou Apple (Appletalk) ou sur une connectique ethernet (Ethertalk). De même, un réseau IP peut-il s'établir aussi bien sur de l'ethernet, que de l'ATM, une liaison par modem téléphonique (RTC), par réseau optique métropolitain, etc. Différentes saveurs d'IP (le protocole Internet) tendent à se substituer à tous les autres types de réseaux.

C4. La couche de transport de données, de niveau 4, permet de faire qu'une donnée de volume quelconque puisse être transportée entre son ou ses émetteurs vers son ou ses destinataires. La couche 3, ne se charge généralement que de routes de transit de données et ne gère pas forcément tous les incidents de parcours (perte, mélange ou duplication de paquets, par exemple). C'est le rôle de la couche 4. Pour Internet, les deux protocoles de transport sont TCP (avec correction d'erreurs de transmission et accusés de réception) [TCP = Transmission Control Protocol] et UDP (sans identification des problèmes de transmission, donc plus rapide) [UDP = User Datagram Protocol]. La dénomination TCP/IP désigne l'association d'IP en couche 3 et de TCP en 4 et se lit « TCP sur IP » (de même pour UDP/IP). Pour Novell Netware, c'est NCP et pour Apple ADSP et ADP. La couche 4 est, dans tous les cas, intimement liée à la 3 (sinon conditionnée par celle-ci).

Ces quatre premières couches constituent les couches réseaux [network layers] proprement dites ; elles transportent l'information d'une application à une autre, d'un logiciel à un autre. Ces couches sont très largement admises selon cette terminologie. Au delà de ces couches, plusieurs modèles existent. On entend souvent parler de modèle OSI [OSI = Open System Interconnection], qui définit trois couches en plus des couches réseaux : C5 - sessions de travail, C6 - présentation des données, C7 - service d'application. Cette terminologie est le plus souvent abusive quand on fait référence à des services TCP/IP.

Au sens strict Internet utilise généralement les couches suivantes :

Dans la pratique un réseau peut intégrer des zones travaillant avec des protocoles différents. C'est le cas d'Internet. Ces zones sont alors reliées par de nombreuses passerelles. Ainsi, pour le (premier) raccordement à Internet de la France, le 28 juillet 1988, Chr. Huitema racconte [Huitema1996, pp. 8 sq.] que les machines américaine, hébergées par l'Université Princeton, reliées via un routeur et le réseau interne au réseau de la NSF (National Science Foundation, équivalent du CNRS pour les USA), étaient connectées en France à deux machines de l'INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique, l'équivalent du CNRS pour l'informatique), via une liaison par satellite, qui assuraient une passerelle entre Internet et Transpac, d'une part, et entre la messagerie Internet et la messagerie locale X.400. Malgré quelques échanges de paquets fructueux, la liaison ne marchait déjà plus le lendemain...

Les diverses couches ci-dessus sont assurées par divers prestataires, notamment les fournisseurs d'accès à Internet (FAI). Ceux-ci fournissent généralement les trois couches de services suivantes. Pour autant, ces trois types de services peuvent être assurés, pour un même utilisateur, par plusieurs prestataires différents.