Podczas gdy model OSI rozdziela funkcje aplikacji, prezentacji i sesji, najpowszechniej znane i stosowane aplikacje TCP/IP łączą funkcje wszystkich tych trzech warstw.
Protokoły aplikacji TCP/IP określają format i informacje sterujące niezbędne dla wielu typowych funkcji komunikacji internetowej. Wśród tych protokołów wyróżniamy:
- Protokół DNS (Domain Name System) - Ten protokół na podstawie nazw internetowych znajduje adresy IP.
- Telnet - Ten protokół umożliwia zdalny dostęp do serwerów i urządzeń sieciowych.
- Protokół SMTP (ang. Simple Mail Transfer Protocol) - Przesyła komunikaty pocztowe wraz z załącznikami.
- Protokół DHCP (ang. Dynamic Host Configuration Protocol) - Protokół używany w celu przypisania adresu IP, maski podsieci, bramy domyślnej oraz adresów serwerów DNS do hosta.
- HTTP (ang. Hypertext Transfer Protocol) - Ten protokół przesyła pliki, które tworzą strony WWW ogólnoświatowej sieci World Wide Web.
- Protokół FTP (ang. File Transfer Protocol) - Protokół używany do interaktywnego przesyłania plików pomiędzy systemami.
- Protokół TFTP (ang. Trivial File Transfer Protocol) - Ten protokół jest używany do bezpołączeniowego aktywnego przesyłania plików.
- Protokół Bootstrap (BOOTP) - Ten protokół jest prekursorem protokołu DHCP. BOOTP jest protokołem sieciowym używanym do uzyskania adresu IP podczas uruchamiania.
- Protokół POP (ang. Post Office Protocol) - Protokół używany przez klientów e-mail, aby pobrać wiadomości e-mail z serwera zdalnego.
- Protokół IMAP (ang. Internet Message Access Protocol) - To jest kolejny protokół do pobierania wiadomości e-mail.
Protokoły warstwy aplikacji stosowane są przez urządzenia źródłowe oraz docelowe podczas sesji komunikacyjnej. Protokoły na obu hostach (źródłowym i docelowym) muszą być kompatybilne, aby komunikacja mogła zakończyć się sukcesem.