Abbiamo visto come è fatta l’infrastruttura della rete Internet. Ma, come è noto, nel mondo dell''informatica un ruolo altrettanto importante è svolto dal livello logico, il software. In questo primo capitolo non si intende certo trattare tutte le nozioni che troverebbero posto in un manuale tecnico sui sistemi di Internetworking, ma si cercherà semplicemente di introdurre i principi fondamentali delle tecnologie che garantiscono ad Internet di funzionare in modo efficiente e sicuro. Internet è uno strumento di comunicazione tra i computer e tra gli uomini. Naturalmente questi due soggetti in campo hanno esigenze diverse e spesso contrastanti che occorre tenere presenti per fare in modo che la comunicazione vada a buon fine. Le tecnologie su cui si basa Internet si sono evolute nel corso degli anni proprio per rispondere con la massima efficienza a queste esigenze. Il primo problema in ogni processo di comunicazione è, ovviamente, la definizione di un linguaggio che sia condiviso tra i diversi attori che comunicano; attori che, nel caso di Internet, sono in primo luogo i computer. E i computer, come ben si sa, pur usando tutti lo stesso alfabeto (il codice binario) “parlano” spesso linguaggi differenti e incompatibili. Computer diversi usano sistemi operativi, codici di caratteri, strutture di dati, che possono essere anche molto diversi. Per permettere la comunicazione tra l''uno e l''altro è necessario definire delle regole condivise da tutti. Questa funzione, nell''ambito della telematica, viene svolta dai protocolli. Nel mondo diplomatico per protocollo si intende una serie di regole di comportamento e di etichetta rigidamente codificate, che permettono a persone provenienti da diversi universi culturali di interagire senza creare pericolose incomprensioni. Protocolli sono detti anche gli accordi o i trattati internazionali. Queste accezioni del termine possono essere accolte per metafora anche nell''ambito della telematica: un protocollo di comunicazione definisce le regole comuni che un computer deve conoscere per elaborare e inviare i bit attraverso un determinato mezzo di trasmissione fisica verso un altro computer. Un protocollo dunque deve specificare in che modo va codificato il segnale, in che modo far viaggiare i dati da un nodo all''altro, in che modo assicurarsi che la trasmissione sia andata a buon fine, e così via. Nel caso di Internet, che interconnette milioni di computer e di sottoreti, basati su ambienti operativi e architetture hardware diverse, tali protocolli debbono rispondere a esigenze particolarmente complesse. E come sappiamo la storia stessa della rete è stata scandita dallo sviluppo dei suoi protocolli fondamentali. Il nucleo fondamentale, l''insieme di protocolli che permettono il funzionamento di questo complesso e multiforme sistema di comunicazione telematico, viene comunemente indicato con la sigla TCP/IP, che è un acronimo di Transmission Control Protocol /Internet Protocol.

Possiamo affermare che una delle ragioni del successo di Internet risiede proprio nelle caratteristiche del suo protocollo di comunicazione. In primo luogo, il TCP/IP è indipendente dal modo in cui la rete è fisicamente realizzata: una rete TCP/IP può appoggiarsi indifferentemente su una rete locale Ethernet, su una linea telefonica, su un cavo in fibra ottica, su una rete di trasmissione satellitare e così via. È progettata esplicitamente per integrare facilmente diverse tecnologie hardware in un''unica struttura logica di comunicazione. In secondo luogo il TCP/IP è un protocollo di comunicazione che risolve in modo molto efficiente i problemi tecnici di una rete geografica eterogenea come è Internet, ovvero:
sfruttare al meglio le risorse di comunicazione disponibili;
permettere un indirizzamento efficiente e sicuro dei computer collegati, anche se questi sono diversi milioni;
garantire con la massima sicurezza il buon fine della comunicazione;
permettere lo sviluppo di risorse e servizi di rete evoluti e facilmente utilizzabili dall''utente.
E infine possiamo notare che il TCP/IP è un open standard, le cui specifiche sono liberamente utilizzabili da chiunque senza alcuna limitazione di copyright. Questo ha permesso il rapido diffondersi di implementazioni per ogni sistema operativo e piattaforma esistenti, implementazioni spesso distribuite gratuitamente o integrate in modo nativo nel sistema stesso. In realtà il protocollo di comunicazione TCP/IP è costituito da una serie di protocolli organizzati gerarchicamente, ognuno dei quali ha una funzione specifica per risolvere i problemi di trasmissione, ricezione e codifica dei dati tra i computer della rete Internet. In particolare il software TCP/IP è organizzato concettualmente in quattro livelli più un quinto costituito dal supporto fisico vero e proprio.
Application Layer: a livello più alto, l''utente invoca i programmi applicativi che permettono di accedere ai servizi disponibili attraverso Internet; tale livello riguarda tutte le possibili opzioni, chiamate, necessità dei vari programmi. In pratica gestisce l''interattività tra l''utente e la macchina. Un programma applicativo interagisce con uno dei protocolli di livello trasporto per inviare o ricevere dati e li passa al livello trasporto nella forma richiesta. 
Tranport Layer: lo scopo primario del “livello trasporto” è consentire la connessione in rete fra due utenti ovvero permettere la comunicazione tra un livello applicativo ed un altro; una comunicazione di questo tipo è spesso detta "end-to-end". Il software di tale livello divide il flusso di dati in pacchetti che vengono passati insieme all''indirizzo di destinazione allo strato sottostante. Il livello di trasporto deve accettare dati da molti utenti contemporaneamente e, viceversa, deve smistare i pacchetti che gli arrivano dal sotto ai vari specifici programmi; deve quindi usare dei codici appositi per indicare le cosiddette porte. Le routine di trasporto pacchetti aggiungono ad ogni pacchetto, alcuni bit in più atti a codificare, fra l''altro, i programmi sorgente e destinazione. Il livello di trasporto può regolare il flusso di informazioni e può, nel caso del TCP (a differenza dell''UDP), fornire un trasporto affidabile assicurando che i dati giungano a destinazione senza errori ed in sequenza mediante un meccanismo di riconoscimento e ritrasmissione.
Internet Layer (IP): questo livello gestisce la comunicazione tra una macchina ed un''altra; accetta una richiesta di inoltro di un pacchetto da un livello di trasporto insieme all''identificazione della macchina alla quale il pacchetto deve essere inviato. È il livello più caratteristico della rete Internet, detto appunto IP (Internet Protocol) che crea il datagramma (suddividendo il messaggio in pacchetti e inserendo l’indirizzo del mittente e del ricevente) di base della rete; sostanzialmente, riceve e trasferisce senza garanzie i pacchetti, che gli arrivano da sopra, verso la macchina destinataria. Esso accetta i pacchetti TCP, li spezzetta se necessario e li incapsula nei datagramma di base IP, riempie gli header necessari ed usa l''algoritmo di rouiting (instradamento) per decidere a chi deve mandare questo pacchetto, ad esempio se si tratta di un di un routing diretto o indiretto. Il livello Internet (IP) gestisce anche i datagrammi in ingresso, verifica la loro validità ed usa l''algoritmo di routing per decidere se il datagramma deve essere inoltrato o processato localmente; in quest''ultimo caso il software elimina l''header del datagramma e sceglie quale protocollo di trasporto gestirà il pacchetto. In tale fase non solo si svolge la funzione di instradamento, ma si verifica anche la validità dei pacchetti ricevuti.
Network Interface Layer: il quarto ed ultimo strato è costituito da una interfaccia di rete che accetta il datagramma IP e lo trasmette, previo incapsularlo in appositi frame (protocollo che comprende pacchetti di dati organizzati secondo uno schema di base comune), sull''hardware di rete (il cavo) tramite, ad esempio, un modem.