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O TCP é orientado a conexão (exige preparação entre cliente e servidor) e oferece transporte confiável, controle de fluxo (o emissor não sobrecarrega o receptor) e controle de congestionamento (o emissor é contido quando a rede está sobrecarregada). Ele não oferece temporização, vazão mínima nem segurança. O UDP faz uma transferência não confiável, sem conexão, confiabilidade, controle de fluxo, controle de congestionamento, temporização, vazão ou segurança. Por isso SMTP, Telnet, HTTP e FTP usam TCP, multimídia em tempo real usa UDP ou TCP, e telefonia por Internet (SIP, RTP) usa tipicamente UDP. Mesmo sem garantias, essas aplicações funcionam: a Internet atual atende razoavelmente aplicações sensíveis ao tempo, só não garante isso.

Na arquitetura cliente-servidor, o servidor é um hospedeiro sempre ligado, com IP fixo, que atende as requisições dos clientes. Os clientes podem se conectar de forma intermitente, podem ter IP dinâmico e não se comunicam diretamente entre si. Na P2P, os pares se comunicam diretamente e ficam principalmente em casas, escritórios e universidades. Eles se conectam de forma intermitente e mudam de IP, o que torna a arquitetura muito escalável, mas difícil de administrar. O Skype clássico juntava as duas: autenticação, diretório e cobrança nos servidores, e mídia e supernodes em P2P. Por isso é o exemplo típico de arquitetura híbrida.

Um processo envia e recebe dados pela rede por meio de uma interface de software chamada socket. O socket funciona como uma porta: o processo empurra a mensagem pela porta e conta com a infraestrutura de transporte do outro lado para levá-la até o socket do processo receptor. Ele fica entre a camada de aplicação e a de transporte dentro da máquina e também é chamado de API entre o aplicativo e a rede. O desenvolvedor controla o lado da aplicação e, do lado do transporte, pode escolher o protocolo e talvez alguns parâmetros. A garantia de entrega vem do protocolo escolhido, como o TCP, e não do socket.

As aplicações são a razão de existir de uma rede de computadores. Criar uma aplicação de rede é escrever programas que rodam em sistemas finais diferentes e se comunicam pela rede, como nas aplicações web. Não é preciso escrever software para os dispositivos do núcleo (roteadores, switches), porque eles não executam aplicações do usuário: apenas encaminham os dados. Por isso o desenvolvimento fica restrito aos sistemas finais.

PDU (Protocol Data Unit) é o bloco de dados trocado entre as camadas, e ele muda de nome conforme desce a pilha. Cada camada acrescenta suas próprias informações de cabeçalho. Na camada 4 (transporte), a PDU é o segmento (TCP) ou o datagrama (UDP), com as portas de origem e destino. Na camada 3 (rede), o OSI chama a PDU de pacote, com os IPs de origem e destino e o campo de protocolo; na nomenclatura do Kurose ela se chama datagrama. Na camada 2 (enlace), a PDU é o quadro (frame), com MAC de destino, MAC de origem, o campo de tipo e o FCS no final para detectar erros. Na camada 1 (física), são os bits.

Os serviços de transporte se classificam em quatro dimensões. A transferência confiável de dados garante a entrega, e perdas são inaceitáveis em e-mail, transferência de arquivos e aplicações financeiras, enquanto streaming de áudio e vídeo tolera algumas. A vazão é a taxa com que o remetente consegue enviar bits ao destinatário: aplicações sensíveis à largura de banda, como multimídia, precisam de um mínimo, e aplicações elásticas, como transferência de arquivos, usam o que houver. A temporização garante prazos de entrega, como cada bit em menos de 100 ms, e importa para VoIP, teleconferência e jogos. A segurança cobre criptografia, integridade dos dados e autenticação das pontas.

Os dois se baseiam em pilhas de protocolos independentes, e as camadas têm funções parecidas. O OSI tem três conceitos centrais: serviço (o que a camada faz, e não como), interface (como os processos acessam a camada) e protocolo (responsabilidade da própria camada). Como o OSI foi criado antes dos protocolos, ficou genérico e flexível, e seus protocolos são mais bem encapsulados e fáceis de substituir, embora tenham surgido incompatibilidades. O TCP/IP surgiu em 1974 com a ARPANET, que juntava redes de universidades e órgãos públicos, depois recebeu redes de rádio e satélite e precisava sobreviver à perda de hardware das sub-redes. Nele os protocolos vieram primeiro, o modelo não separa bem serviço, interface e protocolo, a camada de acesso ao meio é mal especificada e o modelo não se adapta a outras pilhas.

Para receber mensagens, tanto o hospedeiro quanto o processo precisam de um identificador. O hospedeiro tem um endereço IP exclusivo de 32 bits (IPv4), mas o IP sozinho não basta, porque vários processos rodam no mesmo hospedeiro. O identificador completo é o endereço IP mais o número de porta do processo. Exemplos: servidor web HTTP na porta 80 e HTTPS na 443, correio SMTP na 25 e SMTPS/submissão na 587. A lista oficial de portas é mantida pela IANA. Processos não têm IP próprio, e o MAC identifica apenas a placa.

O OSI tem, de cima para baixo: aplicação (7), apresentação (6), sessão (5), transporte (4), rede (3), enlace de dados (2) e física (1). O TCP/IP tem 4 camadas: aplicação, transporte, inter-redes e acesso ao meio (host/rede). O modelo híbrido, que é a pilha da Internet, tem 5: aplicação, transporte, rede, enlace e física. Em nenhum dos dois existem as camadas de apresentação e sessão, e o que elas fariam fica a cargo da aplicação.