V síti ARPANET (USA) byl pro rozvoj pokročilých výzkumných projektů kromě IP, který nezajišťuje garantovanou kvalitu služeb, vyvinut protokol nejvyšší vrstvy TCP, který garantoval nejen určitou kvalitu služeb, ale také integritu zpráv. Sada protokolů TCP/IP a novějšího UDP se nazývá zásobník protokolů TCP/UDP/IP. V tomto zásobníku nejsou tři horní vrstvy modelu OSI odděleny a chápeme je jako jednu aplikační vrstvu, která obsahuje aplikační služby, jako je služba názvů domén DNS, protokol přenosu souborů FTP, e-mail, protokol inicializace relace SIP, protokol přenosu v reálném čase RTP atd. Protokoly TCP/UDP/IP byly vyvinuty před konceptem OSI, ale úkoly, které řeší, každý na své vlastní vrstvě, odpovídají funkcím vrstev v modelu OSI.

Data (signalizační zprávy, uživatelská data) generovaná protokoly aplikační vrstvy jsou přenášena do transportní vrstvy pomocí příslušných primitiv. Bezchybné doručování těchto dat mezi koncovými systémy zajišťuje protokol TCP s navázaným spojením. Na rozdíl od vrstvy datového spoje, kde se opravují chyby fyzické vrstvy (chyby v binárních číslicích), TCP v transportní vrstvě opravuje chyby síťové vrstvy (ztrátu paketů, zpoždění paketů). Chcete-li navázat spojení TCP, použijete adresu IP zařízení v síti a číslo portu procesu aplikace (port TCP), kterému jsou data určena. Port TCP (či UDP) je určité číslo od 1 do 65 535, jež indikuje, které aplikační vrstvě je paket určen. Například čísla portů 21 a 20 jsou vyhrazena pro protokol pro přenos souborů (FTP), 53 pro DNS. Na transportní vrstvě funguje jak TCP, tak UDP, a vývojáři si tudíž mohou vybrat, který z nich budou používat ve svých aplikacích. TCP poskytuje spolehlivost a řídí doručování paketů. Například protokol SMTP, přes který se přenášejí e-maily, používá protokol TCP, protože musí zajistit, aby data byla skutečně doručena. TCP používá pořadová čísla a potvrzení k zajištění správného, konzistentního doručování, poskytuje duplexní režim, spolehlivý komunikační mechanismus a v případě ztráty nebo poškození jakéhokoliv paketu jej znovu odešle. Současně TCP používá 20 bajtů servisních informací. Tento protokol poskytuje spolehlivost při výměně dat v případech, kdy nejsou vyžadovány přesně definované přenosové rychlosti a zpoždění.