Nachdem die Protokolle der Vermittlungsschicht die Basis für die Kommunikation festgelegt haben, bedarf es weiterer Protokolle, damit die Datenpakete auch zu den entsprechenden Anwendungen gelangen. Im Rahmen des OSI-Modells geschieht diese Weiterleitung auf der Transportschicht (Layer 4). Auch hierfür besitzt jeder Stack seine eigenen Protokolle. Für die Internetprotokollfamilie sind dies insbesondere
- und UDP (User Datagram Protocol).
Das an erster Stelle genannte TCP zählt ebenso wie IP spätestens seit dem großen Erfolg des Internets zum Standard für Netzwerkverbindungen. Es baut in den meisten Fällen direkt auf IP auf, weshalb man oft auch von TCP/IP-Netzwerken spricht. Als verbindungsorientiertes Protokoll setzt TCP für den Transport der Datenpakete eine bestehende Verbindung zwischen den Kommunikationsteilnehmern voraus. Es garantiert den zuverlässigen Transport der Daten und somit, dass alle Pakete vollständig und in der richtigen Reihenfolge beim Adressaten ankommen. Um dies zu realisieren, fügt das Protokoll den Datenpaketen u. a. Zusatzinformationen wie eine Sequenznummer und eine Prüfsumme hinzu.
UDP ist das TCP-Pendant der Internetprotokollfamilie für das einfache und schnelle Übertragen kleinerer Datenpakete ohne Verbindung. UDP-Verbindungen bieten dadurch zwar keine Sicherheit dafür, dass ein Paket auch beim Adressat ankommt, dafür dank der geringen Verwaltungsdaten (Zusatzinformationen im Header) aber einen deutlichen Geschwindigkeitsvorteil für Datentransfer, bei dem kleinere Übertragungsfehler kein Problem darstellen. Aus diesem Grund ist das User Datagram Protocol u. a. beim Audio- und Videostreaming, bei DNS-Anfragen sowie bei VPN-Verbindungen (Virtual Private Network) im Einsatz.
Wie die Internetprotokollfamilie verfügen auch andere Protokollstapel über spezifische Übertragungsprotokolle, die auf ihren Netzwerkprotokollen aufbauen und TCP größtenteils sehr ähnlich sind. Novell-Netzwerke warten in der Transportschicht beispielsweise mit dem Protokoll SPX (Sequenced Packet Exchange) auf. Beim AppleTalk-Stack gelingt der Transport der Datenpakete mithilfe des ATPs (AppleTalk Transaction Protocol).