傳輸層包含了傳輸層的端口號，展開此層，可以看到數據包的源端口、目的端口。TCP/IP 參考模型中傳輸層的作用與 OSI 參考模型中傳輸層的作用是一樣，即在源節點與目的節點的兩個進程實體之間提供可靠的端到端的數據傳輸。爲保證數據傳輸的可靠性，傳輸層規定接收端必鬚髮回確認，如果沒有收到確認則假定分組丟失，再次發送，若干次重傳後，仍然失敗，則認爲目標不可達，放棄重傳。
TCP/IP 模型提供了兩個傳輸層協議：傳輸控制協議 TCP 和用戶數據報協議 UDP。TCP 是一個可靠的面向連接的傳輸層協議，它將某節點的數據以字節流開式無差錯投遞到互聯網的另一臺機器上。發送方的 TCP 將用戶交來的字節流劃分成獨立的報文並交給互聯網層進行發送，而接收方的 TCP 將接收的報文重新裝配交給接收用戶。TCP 同時處理有關流量控制的問題，以防止快速的發送方淹沒慢速的接收方。用戶數據報協議 UDP 是一個不可靠的、無連接的傳輸層協議，UDP 將可靠性問題交給應用程序解決。UDP 主要面向請求/應答式的交易型應用，一次交易往往只有一來一回兩次報文交換，假如爲此而建立連接和撤銷連接，開銷是相當大的。這種情況下使用 UDP 就非常有效。另外， UDP 也應用於那些對可靠性要求不高，但要求網絡的延遲較小的場合，如話音和視頻數據的傳送。