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传输层的主要服务功能是建立、提供端到端的通信连接，亦即一个应用程序到另一个应用程序的通信连接。说到底，传输层主要是为任何两台需要相互通信的计算机建立通信连接。它可以同时从应用层的几个应用程序接收数据并发送给下一层（IP）。传输层的主要协议有TCP（传输控制协议）和UDP（用户报文协议）。TCP是TCP/IP的两个最基本的协议之一。
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TCP协议。传输层中的TCP协议负责任何两台计算机之间的连接，此外还提供了一种可靠传输的方法，解决了IP协议的不安全因素，为数据报正确、安全地到达目的地提供了保障。
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网络中由于带宽的限制，每一条线路上都有一个流量极限。当有大量数据报拥挤在一条线路上时，往往会超过其流量极限，就像是公路上阻塞的汽车一样。而在Internet上，当一条线路上的负荷已超出其极限流量时，一些数据报就会被丢失，导致数据报在传输的过程中失去安全保障。
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IP协议不负责处理数据报的丢失、误投递等情况，而TCP协议则提供了可靠传输的机制，它能够自动检测丢失的数据报并自动重传，弥补IP的不足。此外，它还负责过滤多个重复的数据报，接收最先到达的一个。因此，TCP和IP总是协调一致地工作，以保证数据报的可靠传输。
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TCP协议提供的是一种面向连接的服务。在传输层中，用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。提供另一种面向无连接的服务，即在数据传输时不加上自己的头标，这样使得协议本身的开销非常小，性能也比TCP高。但其可靠性不如TCP协议，适合于传输一些不需要绝对可靠的数据（或由上层保障数据的可靠性）。
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数据链路层提供了TCP/IP与各种物理网络的接口，把IP数据报封装成能在网络中传输的数据帧，为数据报的传送和校验提供了可能。这些物理网络包括各种局域网和广域网，如以太网、令牌环网、X.25公共分组交换网等。数据链路层最终将数据报传递到目的主机或其他网络。
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应用层根据不同用户的各种需求，向用户提供所需的网络应用程序服务。TCP/IP协议的应用层提供了网上计算机之间的各种应用服务。例如，FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）、DNS（域名系统）等。这些实用程序通过Socket接口与各种应用协议相连接。应用层的网络应用程序（协议）也多种多样，这些应用程序包括以下三类：
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第一类与下一层的UDP相配合，如SNMP（简单网络管理协议），用于管理IP网络的节点，后来也能管理互连的集线器和计算机等设备：RPC（远程过程调用），它以简便的方式支持Internet的客户机—服务器分布式计算模式等等。
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第二类与下一层的TCP相配合，如Telnet（远程登录协议），它是提供远程终端连接服务的标准协议，能使某个用户终端犹如直接连通到一台远程计算机上一样；FTP（文件传输协议），它使一台计算机上的用户能在另一台计算机上取得文件，或者把文件传送给另一台计算机；SMTP（简单邮件传输协议），用于不同计算机之间的电子邮件传输，不过只限于服务器到服务器等。
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第三类与下一层的TCP和UDP都有相互配合关系。例如DNS（域名的命名系统协议），它实际上是为网上主机命名的一组规则。
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TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通信完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的，所以只能用于端到端的通信。
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TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口，实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。
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如果IP数据包中有已经封装好的TCP数据包，那么IP将把它们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路之间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包则可以被重传。
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TCP将它的信息发送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层、设备驱动程序和物理介质，最后传送到接收方。
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面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。
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由于OSI协议的实现较为复杂，运行效率低，很少有厂商推出符合OSI标准的商用产品。目前，互联网上广泛使用的是TCP/IP。TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议／互联网络协议）是Internet上不同子网之间的主机进行数据交换所遵守的网络通信协议。TCP/IP一般泛指所有与Internet有关的一系列网络协议的总称，其中TCP和IP是其中最重要的两个协议。TCP/IP体系结构主要由四层构成，分别为网络接口层、网络层、传输层和应用层。
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TCP/IP采用的四层体系结构与OSI参考模型采用的七层体系结构是对应的，它们的结构对比如下图所示。
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网络接口层也称链路层（Link Layer）或数据链路层，相当于OSI/RM参考模型的第1层和第2层，负责与网络中的传输介质打交道。常用的链路层技术主要有以太网（Ethernet）、令牌环（Token Ring）、光纤数据分布接口（FDDI）、X.25、帧中继（Frame Relay）、ATM等。
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网络层的作用是将数据包从源主机发送出去，并且使这些数据包独立地到达目标主机。数据包传送过程中，到达目标主机的顺序可能不同于它们被发送时的顺序。因为网络情况复杂，随时可能有一些路径发生故障或是网络中的某处出现数据包的堵塞。网络层提供的服务是不可靠的，可靠性由传输层实现。
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传输层提供应用程序之间的通信。传输层提供了可靠的传输协议TCP和不可靠的传输协议UDP。TCP是一个可靠的、面向连接的协议，允许在因特网上的两台主机之间进行信息的无差错传输。在网络传输过程中，为了保证数据在网络中传输的正确、有序，要使用“连接”的概念，一个TCP连接是指在传输数据前先要传送三次握手信号，以使双方为数据的传送做准备。UDP是用户数据报协议，使用此协议时，源主机一有数据就发送出去，不管发送的数据包是否能到达目标主机、数据包是否会出错，收到数据包的主机都不会通知发送方其是否正确地收到了数据，因此UDP是一种不可靠的传输协议。
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应用层直接为用户的应用进程提供服务，如支持万维网应用的HTTP，支持电子邮件的SMTP，支持文件传送的FTP等。
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TCP/IP的网际层对应于OSI模型的网络层，包括IP、ICMP、IGMP，以及ARP和RARP。这些协议处理信息的路由及主机地址解析。
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网际协议（Internet Protocol，IP）所提供的服务通常被认为是无连接的和不可靠的，因此把差错检测和流量控制之类的服务授权给了其他的各层协议，这正是TCP/IP能够高效率工作的一个重要保证。网际层的功能主要由IP来提供，除了提供端到端的分组分发功能外，IP还提供了很多扩充功能。例如，为了克服数据链路层对帧大小的限制，网络层提供了数据分块和重组功能，这使得很大的IP数据包能以较小的分组在网上传输。
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网际层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互联网络，即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。
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地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）用于动态地完成IP地址向物理地址的转换。物理地址通常是指主机的网卡地址（MAC地址），每一网卡都有唯一的地址。
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反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP）用于动态完成物理地址向IP地址的转换。
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网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）是一个专门用于发送差错报文的协议，由于IP协议是一种尽力传送的通信协议，即传送的数据可能丢失、重复、延迟或乱序传递，因此IP协议需要一种尽量避免差错并能在发生差错时报告的机制。
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网际组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP）允许Internet主机参加多播，即是IP主机用做向相邻多目路由器报告多目组成员的协议。多目路由器是支持组播的路由器，向本地网络发送IGMP查询。主机通过发送IGMP报告来应答查询。组播路由器负责将组播包转发到网络中所有组播成员。
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