Vzhľadom na to, že TCP je connection-oriented protokol, vyžaduje, aby bolo spojenie vybudované ešte pred prenosom dát. Prijímacia a odosielajúca strana si musia najskôr zosynchronizovať ich sekvenčné čísla, aby sa mohol začať prenos. Synchronizácia sa uskutočňuje výmenou segmentov, ktoré nesú synchronizačný bit (označovaný ako SYN) a počiatočné sekvenčné číslo – INS (Initial sequence number). To vyžaduje mechanizmus, ktorý sa nazýva handshake – niečo ako potriasanie rúk pri stretnutí ľudí. Synchronizácia vyžaduje, aby každá strana poslala vlastné počiatočné sekvenčné číslo (INS) a aby dostala potvrdenie tejto výmeny – acknowledgement (ACK). Celý tento mechanizmus sa realizuje v troch krokoch (preto threeway handshake).  Odosielajúci počítač (A) ziniciuje spojenie s počítačom tak, že odošle SYN paket, ktorý bude obsahovať jeho sekvenčné číslo X. Prijímajúca strana (B) dostane paket so sekvenčným číslom počítača A (toto číslo má hodnotu X), a odpovie paketom ACK, v ktorom bude hodnota X+1, a súčasne paketom SYN, v ktorom bude počiatočné sekvenčné číslo počítača B nastavené na hodnotu Y. Paket ACK (X+1) = počítač B dostal všetky pakety po číslo X a očakáva paket X+1. Počítač A dostane od počítača B paket, ktorý obsahuje INS počítača B rovné hodnote Y, a odpovie paketom ACK (Y+1), čím sa opäť potvrdí prijatie všetkých Y paketov a očakáva sa paket Y+1. Tým je spojenie vybudované a môže nastať prenos dát. Three-way handshake je veľmi dôležitý, pretože sekvenčné čísla nie sú založené na globálnom časovaní v sieti a protokoly TCP môžu používať rozličné mechanizmy na výpočet počiatočného sekvenčného čísla. Príjemca prvého SYN paketu nevie, či sa prijatý segment oneskoril, pokiaľ nezistí posledné sekvenčné číslo na danom spojení. Ak príjemca túto informáciu nemá, musí požiadať odosielateľa o overenie jeho SYN paketu. Celý tento proces je aj na obrázku.

Ak neuvažujeme o službe QoS (Quality of Service), kde sú niektoré dáta uprednostnené pred inými, sú dáta odosielané spôsobom FIFO – First In, First Out (znamená to, že dáta sú odosielané v takom poradí, v akom prídu) Tieto segmenty môžu byť smerované všetky do tej istej siete, ale aj do úplne odlišných sietí. Viacero aplikácií môže zdieľať to isté spojenie – multiplexovanie (konverzácie z vyšších vrstiev modelu OSI) Úloha transportnej vrstvy je vytvoriť connection-oriented spojenie, teda vybudovať cestu pre dáta od odosielateľa až po príjemcu. Na začiatku spojenia aplikácie, ktoré požadujú prenášať dáta, informujú operačný systém o začiatku vytvárania spojenia. Odosielateľ iniciuje spojenie, ktoré musí príjemca akceptovať. Pred prenosom si počítače navzájom vymenia informácie, ktorými sa informujú o pripravenosti na prenos dát. Keď je spojenie vytvorené, prebieha prenos dát. Odosielateľ si vždy kontroluje, či jeho dáta príjemca naozaj dostal. Jedna z príčin, prečo dáta neboli správne doručené, môže byť zahltenie siete – môže nastať z dvoch dôvodov: 1. Ak odosielateľ posiela dáta rýchlejšie, ako je príjemca schopný ich spracúvať – práve túto situáciu rieši transportná vrstva tak, že zníži rýchlosť odosielania dát pre daného príjemcu 2. Ak sa veľa počítačov snaží odosielať dáta tomu istému cieľu, čím dôjde k jeho zahlteniu (pritom ani jeden z odosielateľov túto situáciu nezapríčinil) Ak datagramy prichádzajú prirýchlo, ukladajú sa do dočasnej pamäte. Ak sa pokračuje v prenose, časom sa pamäť zaplní a dôjde k zahodeniu dát, ktoré sa už do nej nezmestia. Aby sa to nestávalo, protokol TCP na prijímacej strane vyšle indikátor nepripravenosti, pomocou ktorého sa odosielateľ dozvie, že má prestať s prenosom. Po istom čase, keď sú dáta spracované, odosielateľ odošle indikátor pripravenia – odosielateľovi oznámi pripravenosť na ďalší príjem dát. Po úspešnom skončení odosielania a prijímania dát odošle stanica, ktorá inicializovala spojenie, správu o ukončení odosielania dát. Príjemca potvrdí prijatie tejto správy a prenos je zrušený.

Len čo transportná vrstva odošle dáta, pokúša sa zabezpečiť, aby sa nestratili. Tomu sa hovorí mechanizmus best-effort, čiže protokol urobí všetko preto, aby sa dáta doručili správne, ale nemôže garantovať, že sa tak aj stane. K strate môže dôjsť napríklad v prípade, ak prijímajúci počítač nedokáže dáta spracúvať tak rýchlo, ako prichádzajú, a preto je nútený zahodiť ich. Riadenie toku zabezpečí, že prijímaciemu počítaču nepretečú zásobníky. TCP/IP zabezpečí komunikáciu medzi počítačmi tak, aby vyhovovala obidvom stranám. Toto riadenie toku sa uskutočňuje pomocou windowingu.

Hlavná úloha transportnej vrstvy je zabezpečiť spoľahlivý prenos a riadenie toku informácií zo zdroja do cieľa. To je dosiahnuté pomocou tzv. oknovania – windowingu, sekvenčných čísel a potvrdzovania. Transportná vrstva zabezpečuje logické spojenie medzi dvoma koncami siete. TCP/IP je kombinácia dvoch samostatných protokolov: protokolu IP (pracujúceho na tretej vrstve referenčného modelu OSI) protokolu TCP (pracujúceho na štvrtej vrstve modelu OSI) Samotný protokol IP je nespojovo orientovaný – connectionless (nie je dopredu definovaná cesta, ktorou sa dáta budú prenášať) Protokol TCP je však spojovo orientovaný – connection oriented (zabezpečuje riadenie toku a spoľahlivý prenos) Keď sa tieto dva protokoly zlúčia, poskytujú oveľa širšie možnosti využitia.

Transportná vrstva TCP/IP Riadenie toku Začatie, udržiavanie a ukončenie spojenia Three-way handshake Oknový mechanizmus v TCP/IP Pozorovanie paketov – Acknowledgement Formát TCP segmentu Formát UDP segmentu Čísla portov TCP a UDP

Význam aplikačnej vrstvy Aplikačná vrstva je najvyššia vrstva modelov OSI aj TCP/IP a poskytuje rozhranie na prístup k službám, ktoré nám sieť ponúka. Na to, aby si aplikácie na zdrojovom a cieľovom počítači mohli navzájom vymieňať dáta, sa používajú aj protokoly aplikačnej vrstvy. Tie špecifikujú typ a syntax vymieňaných správ tak, aby im porozumeli obe komunikujúce strany. Medzi najznámejšie protokoly aplikačnej vrstvy patria: protokol DNS (Domain Name Service), ktorý slúži na preklad internetových   mien na IP adresu. protokol HTTP (Hypertext Transfer Protocol), pomocou ktorého sa prenášajú   webové stránky zo servera k používateľovi protokol FTP (File Transfer Protocol), používaný na prenos súborov medzi   počítačmi, protokoly SMTP/POP (Simple Mail Transfer Protocol/Post Office Protocol),   ktorými sa prenášajú e-mailové správy a prílohy.

Repeater (Opakovač) Router (Smerovač) Bridge (Most), Brána Hub Switch (Prepínač)