控制器局域网也属于局域网LAN，当然也遵循ISO/OSI参考模型的分层。IEEE, 美国电气及电子工程师学会参照OSI/RM参考模型，制定了局域网参考模型。根据局域网的特征，局域网体系结构仅仅包含OSI参考模型的最低两层，即物理层和数据链路层。
物理层是实现ECU和总线相连的电路，涉及通信信道上传输的原始比特流，主要作用是确保在一段物理链路上正确传输二进制信号，功能包括信号的编码/解码、同步和定时、二进制比特流的发送与接收。为了保证比特流的正确传输，物理层还具有错误校验功能，以保证位信号的正确发送与接收。CAN可以使用多种物理介质，例如双绞线、光纤等。当下最常用的就是双绞线，信号使用差分电压传送。
数据链路层，在局域网中，为了实现多个设备共享单一信道资源。针对多个用户争用信道的问题，也就是控制信道应该由谁占用，哪一队站点可以使用传输信道进行通信。这就是介质访问控制。为了简化协议设计的，局域网参考模型将数据链路层又分为逻辑链路控制子层LLC和介质访问子层MAC。LLC功能一般为接收滤波、超载通知和恢复管理。MAC功能包括数据封装/拆装、帧编码（填充位和去除填充位）、介质访问管理、错误检测、出错通报、应答。
