物理层处于网络架构的最底层，它主要负责在物理介质上传输原始的比特流信号，如铜线中的电信号、光纤中的光信号。物理层协议详细规定了网络设备与传输介质之间的电气特性，像信号的电压高低、传输速率、编码方式等。例如，以太网常见的10Base - T标准，就规定了使用双绞线作为传输介质，传输速率为10Mbps，采用曼彻斯特编码方式，将数据转换为适合在双绞线上传输的电信号。同时，物理层协议也对设备的机械特性做出规范，包括接口的形状、引脚数量及排列顺序等，确保不同厂家生产的设备能够相互兼容连接，如RJ45接口就是以太网中常用的网络接口，其8个引脚的特定排列顺序遵循严格的物理层协议标准。
在物理层，为了实现数据的有效传输，还涉及信号传输与调制解调技术。对于长距离传输，信号会随着传输距离的增加而衰减，物理层协议需要考虑如何增强信号强度、减少干扰，如采用中继器来放大信号，使其能够传输更远的距离。当数字信号需要在模拟线路（如传统电话线）上传输时，调制解调器（Modem）就发挥了关键作用。调制是将数字信号转换为模拟信号，使其适合在模拟线路上传输，而解调则是在接收端将模拟信号还原为数字信号。不同的调制解调技术，如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等，都是物理层协议根据不同传输需求所采用的具体方式，以保障数据在物理介质上的可靠传输。
数据链路层位于物理层之上，它将物理层传来的原始比特流组装成数据帧，以帧为单位进行传输。数据帧包含了帧头、数据和帧尾部分。帧头中包含了源和目的MAC地址等控制信息，用于标识数据的发送方和接收方；帧尾则通常包含校验码，用于检测数据在传输过程中是否发生错误。当数据帧到达接收端时，数据链路层会对其进行解封，提取出数据并检查校验码，若校验无误，则将数据传递给上层协议，否则要求发送方重传数据。以太网协议是数据链路层中最为常见的协议之一，它定义了以太网帧的格式和传输规则，广泛应用于局域网环境。
在共享传输介质的网络中，如早期的总线型局域网，多个设备需要共享同一传输介质，这就需要一种机制来协调各个设备对介质的访问，避免冲突。数据链路层的介质访问控制（MAC）子层负责解决这个问题。例如，CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，它要求设备在发送数据前先监听传输介质，若介质空闲则发送数据，同时在发送过程中继续监听，一旦检测到冲突，立即停止发送并发送冲突加强信号，然后等待一段随机时间后重新尝试发送。这种机制有效地提高了共享介质网络的传输效率和可靠性。
网络层的核心任务是实现数据包在不同网络之间的传输，IP协议是网络层的主要协议。IP协议为每个网络设备分配唯一的IP地址，通过IP地址来标识设备在网络中的位置。当一个数据包需要从源设备发送到目的设备时，网络层会根据数据包中的目的IP地址进行路由选择。路由器是网络层的关键设备，它维护着路由表，路由表中记录了不同网络地址对应的下一跳地址信息。路由器根据目的IP地址查找路由表，确定数据包应该转发到哪个下一跳设备，通过这种方式，数据包逐步在网络中传输，最终到达目的设备。例如，在互联网中，数据包从用户的家庭网络出发，经过多个路由器的转发，最终到达目标网站的服务器。
IP协议经历了从IPv4到IPv6的演进。IPv4使用32位地址，理论上可提供约43亿个地址，但随着互联网的迅猛发展，IPv4地址资源逐渐枯竭。IPv6则采用128位地址，极大地扩展了地址空间，能够满足未来物联网等大量设备接入互联网的需求。此外，IPv6在安全性、自动配置等方面也有显著改进，如IPv6集成了IPsec（IP安全协议），提供了网络层的加密和认证功能，增强了网络通信的安全性。
