Mô hình OSI mô tả phương thức truyền tin từ các chương trình ứng dụng của một hệ thống máy tính đến các chương trình ứng dụng của một hệ thống khác thông qua các phương tiện truyền thông vật lý. Thông tin từ một ứng dụng trên hệ thống máy tính A sẽ đi xuống các lớp thấp hơn, cuối cùng qua các thiết bị vật lý đến hệ thống máy tính B. Sau đó ở hệ thống B, thông tin sẽ đi từ lớp thấp nhất đến cao nhất - chính là ứng dụng của hệ thống máy tính B. Như vậy mỗi lớp trong hai hệ thống máy tính A, B đều truyền thông với nhau qua một giao thức (Protocol) nào đó.
Mô hình OSI gồm có 7 lớp: Lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu, lớp kiểm soát nối, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý. Sau đây là mô tả các lớp trong mô hình OSI.

Lớp ứng dụng (Application layer)

Lớp ứng dụng trong mô hình OSI là tầng trên cùng trong bộ giao thức, có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp (trên cơ sở các giao thức cao cấp) cho người sử dụng và các chương trình ứng dụng. Lớp này như là giao diện của người sử dụng và các ứng dụng để truy cập các dịch vụ mạng.
Lớp ứng dụng cung cấp các chức năng sau:
- Chia sẻ tài nguyên và các thiết bị.
- Truy cập file từ xa.
- Truy cập máy in từ xa.
- Hỗ trợ RPC.
- Quản lý mạng.
- Dịch vụ thư mục.

Lớp biểu diễn dữ liệu (Presentation layer)

Lớp trình diễn hoạt động như tầng dữ liệu trên mạng. lớp này trên máy tính truyền dữ liệu làm nhiệm vụ dịch dữ liệu được gửi từ tầng Application sang dạng Fomat chung. Và tại máy tính nhận, lớp này lại chuyển twf Fomat chung sang định dạng của tầng Application. Lớp thể hiện thực hiện các chức năng sau:
- Dịch các mã kí tự từ ASCII sang EBCDIC.
- Chuyển đổi dữ liệu, ví dụ từ số interger sang số dấu phảy động.
- Nén dữ liệu để giảm lượng dữ liệu truyền trên mạng.
- Mã hoá và giải mã dữ liệu để đảm bảo sự bảo mật trên mạng.

Lớp phiên (Session layer)

Lớp phiên thành lập một kết nối giữa các tiến trình đang chạy trên các máy tính khác nhau. Các chức năng của tầng phiên bao gồm:
- Cho phép tiến trình ứng dụng đăng kí một địa chỉ duy nhất như là NetBIOS name. Lớp này lưu các địa chỉ đó để chuyển sang địa chỉ của NIC từ địa chỉ của tiến trình.
- Thành lập, theo dõi, kết thúc Virtual circuit session giữa hai tiến trình dựa trên địa chỉ duy nhất của nó.
- Định danh thông báo, thêm các thông tin xác định bắt đầu và kết thúc thông báo.
- Đồng bộ dữ liệu và kiểm tra lỗi.

Lớp vận chuyển (Transport layer) :

Ranh giới giữa lớp biểu diễn dữ liệu và lớp vận chuyển cũng có thể được xem là ranh giới giữa các giao thức thuộc lớp ứng dụng và các giao thức phía dưới. Trong khi các lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu và lớp phiên đều có liên quan đến ứng dụng thì 4 lớp ở phía dưới gắn với việc truyền dữ liệu.
Chức năng của lớp vận chuyển là cung cấp các dịch vụ cho việc thực hiện vận chuyển dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm cả khắc phục lỗi và điều khiển lưu thông. Mục đích chính là đảm bảo dữ liệu được truyền đi không bị mất và bị trùng.
Các nhiệm vụ cụ thể của lớp vận chuyển là :
- Nhận các thông tin từ tầng trên và chia nhỏ thành các đoạn dữ liệu nếu cần.
- Cung cấp sự vận chuyển tin cậy (End to End) với các thông báo (Acknowledment).
- Chỉ dẫn cho máy tính không truyền dữ liệu khi buffer là không có sẵn.

Lớp mạng (Network layer)

Lớp mạng là một lớp phức tạp, cung cấp các dịch vụ về chọn đường đi và kết nối giữa hai hệ thống, điều khiển và phân phối dòng dữ liệu truyền trên mạng để tránh tắc nghẽn. Lớp mạng có trách nhiệm địa chỉ hoá, dịch từ địa chỉ logic sang địa chỉ vật lý, định tuyến dữ liệu từ nơi gửi tới nơi nhận. Nó xác định đường truyền nào tốt trên cơ sở các điều kiện của mạng, quyền ưu tiên dịch vụ. Nó cũng quản lý các vấn đề giao thông trên mạng như chuyển mạch, định tuyến và điều khiển sự tắc nghẽn của dữ liệu.
Lớp mạng liên quan đến việc truyền thông giữa các thiết bị trên các mạng tách biệt về logic, được liên kết để trở thành liên mạng. Do các liên mạng có thể rất lớn và có thể được kiến tạo từ các kiểu mạng khác nhau, nên lớp mạng vận dụng các thuật toán định tuyến để hướng các gói tin từ các mạng nguồn đến các mạng đích.
Thành phần chính của lớp mạng là mỗi mạng trong liên mạng được gán một địa chỉ, có thể dùng nó để định tuyến một gói tin. Nó đảm nhiệm các nhiệm vụ sau:
- Định địa chỉ
- Xây dựng các thuật toán định tuyến
- Cung cấp các dịch vụ kiên kết

Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer)

Lớp này có nhiệm vụ truyền các khung dữ liệu từ máy tính này sang máy tính khác qua tầng vật lý, đảm bảo tin cậy, gửi các khối dữ liệu với các cơ chế đồng bộ hoá, kiểm soát lỗi và kiểm soát luồng dữ liệu. Cụ thể lớp dât link thực hiện các chức năng sau:
- Thành lập và kết thúc liên kết logic giữa hai máy tính.
- Đóng gói dữ liệu thô từ tầng vật lý thành các Frame.
- Điều khiển các frame dữ liệu: phân tích các tham số của frame dữ liệu, phát hiện lỗi và gửi lại dữ liệu nếu có lỗi.
- Quản lý quyền truy nhập cáp, xác định khi nào thì máy tính có quyền truy nhập cáp.

Lớp vật lý (Physical layer)

Lớp vật lý là lớp thấp nhất trong mô hình OSI, đảm nhiệm toàn bộ công việc truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện vật lý. Nó xác định các giao diện về mặt điện học và cơ học giữa một trạm thiết bị và môi trường truyền thông cụ thể như sau:
- Các chi tiết về cấu trúc mạng (bus, cây, hình sao,...)
- Chuẩn truyền dẫn (RS-485, IEC 1158-2, truyền cáp quang,...)
- Phương pháp mã hóa bit (NRZ, Manchester, FSK,...)
- Chế độ truyền tải
- Tốc độ truyền dữ liệu
- Giao diện cơ học ( phích cắm, giắc cắm,...)