OSI 模型以及其它任何网络通信模型，都只提供了计算机间通信的概念框架，而模型本身并不提供相关的通信方法。实质的通信是由多种通信协议来定义的。从数据通信来理解，协议是一组正式的规则、协定和数据结构，它们控制计算机以及其它网络设备如何在网络上交换信息。换句话说，协议是一种标准的程序和格式，是两个数据通信设备必需能夠互相理解、接收和交谈的。

当前，根据 OSI 七层模型或类似的分层模型，协议都是设计为分层模式的。分层是一种设计原则，它将协议设计为许多小部分，每一部分完成各个具体的子任务，并通过一些明确的方式与其它协议互操作。分层法允许设计和测试部分协议，而不用将协议全部更改，这样就保持每个设计相对简单。同时分层法允许常见的协议可以应用在异常情形中。

各层的协议头和协议尾体现了协议结构。协议或协议组的详细规则和过程通常由篇幅较长的文件定义而成。例如，IETF 使用 RFC （请求注解）文件定义和更新协议。

现有的大量通信协议，是由很多遍及世界的不同标准组织以及历经多年技术演变和发展的技术提供商制定而成。其中一种最通用的是 TCP/IP 协议，它是 Internet 网络通信的核心。IP，网际协议，主要负责路由器间的信息交换，确保路由器可以为网络流量选择正确的路径；而 TCP 负责确保数据包在网络上的可靠以及无错误的传输。局域网和广域网协议都是很重要的网络通信协议。LAN 协议适用于有多种 LAN 介质的物理层和数据链路层的通信，如以太网线和无线电波；WAN 协议适用于底三层，并定义了在多种广域媒体上的通信，如光纤和铜缆。

网络通信一直在逐渐的演绎和发展， 当今的新技术是以往多年技术积累的成果，其中有些还一直使用着，有些则已被淘汰。正因为此，网络通信协议之间都是戚戚相关的。许多协议的实现是依赖于其它协议。例如，许多路由选择协议需要结合其它网络协议进行路由器之间的信息交换。

除了传输过程中的独立协议标准，现在还有些关于不同层与各自上下层（通常与操作系统有关）之间对话的接口标准。例如，位于第4层与第5层间的 Winsock 和 Berkeley 套接字，位于第2层与第3层间的 NDIS （网络驱动器接口标准）和 ODI （开放式数据链路接口）。

数据通信协议覆盖了在 OSI 模型中说明的所有区域。然而，OSI 模型对此只作了简单说明。一种协议可能完成 OSI 层的一种或多种功能，因此造成了对 OSI 七层模型相关协议理解的复杂性。在现实的协议中，关于如何界定各层仍存在些争议，目前仍没有明确而统一的结论。

为了发展有益于产业的一项完整技术，通常需要在相同层或不同层间定义协议组。不同协议通常描述了一类通信的不同方面，这些协议在一起形成一个协议集。例如，IP 传送话音（VOIP），是由众多厂商和标准组织开发的一组协议，其中含盖了很多用于 OSI 模型上面四层的协议。

协议的实现既可以在硬件上也可以在软件上完成，还可以综合两者完成。一般而言，下层协议在硬件上实现，而上层协议在软件上实现。

协议，根据技术功能或协议导入由来或兼于以上两者可以组成一个集（族或栈）。一种协议可能属于一个或多个协议集，这取决于你如何分类。例如，千兆以太网协议 IEEE802.3z 就是一个局域网协议 （LAN），但 同时它也能用于 MAN （城域网）通信。

目前用于 Internet 网络通信的大多数协议都是由 IETF 制定而成，而应用于 LAN 和 MAN 的都是由 IEEE 制定的。ITU-T 为 WAN 和电信通讯协议的制定做出了较大贡献。ISO 拥有自己的一套 Internet 网络通信协议集，其主要应用在一些欧洲国家。