На сетевом уровне не устанавливаются логические соединения и, следовательно, нет никакой гарантии, что все пакеты будут доставлены в место назначения. Задачу обеспечения надежной информационной связи между двумя конечными узлами решает основной уровень стека TCP/IP, называемый транспортным. На этом уровне в стеке TCP/IP функционируют протокол управления передачей TCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP делит поток байтов на части – сегменты, и передает их (в момент формирования на компьютере-отправителе) нижележащему уровню межсетевого взаимодействия. После того, как эти сегменты (каждый из сегментов представляет из себя вновь сформированный пакет с указанием признака принадлежности исходному пакету) будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения. На компьютере-получателе протокол TCP снова соберет эти сегменты в непрерывный поток байтов.
Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP и выполняет только функции связующего звена между сетевым протоколом и службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.