傳輸層協議為運行在不同主機上的應用進程之間提供邏輯通信功能。從應用程序的角度看，通過邏輯通信，運行不同進程的主機好像直接相連一樣;實際上，這些主機也許位於地球的兩側，通過很多路由器及多種不同類型的鏈路相連
傳輸層協議是在端系統中而不是在網絡路由器中實現的。
在發送方，運輸層將接收到的來自發送應用進程的報文轉換成傳輸層分組，稱其為傳輸層報文段(segment)。這個過程是將應用消息劃分為較小的塊，併為每塊加上一個傳輸層首部來創建傳輸層報文段。然後，在發送方端系統中，傳輸層將這些報文段傳遞給網絡層，網路層將其封裝成網絡層分組(數據報)並向目的地發送。
網絡路由器僅檢查該數據報的網絡層字段，即它們不檢查封裝在該數據報的傳輸層報文段的字段。
在接收方，網絡層從數據報中提取傳輸層報文段，並將該報文段向上交給傳輸層。傳輸層則處理接收到的報文段，使得接收方應用進程可應用該報文段中的數據。
TCP/IP 網絡有兩種傳輸層協議，即 TCP 和 UDP。
傳輸層為運行在不同主機上的進程之間提供了邏輯通信，而網絡層則提供了主機之間的邏輯通信。
傳輸層協議所能提供的服務也受到了底層網絡層協議的服務模型的限制。如果網絡層協議不能為兩主機之間發送的傳輸層報文段提供時延和帶寬保證，那麼傳輸層協議也不能為兩進程之間發送的消息提供時延和帶寬保證。
然而，即使底層網絡協議在網絡層不提供相應服務，傳輸層協議也能提供某些服務。例如傳輸層能為應用程序提供可靠的傳輸服務。另一個例子是即使網絡層不能保證傳輸層報文段的機密性，傳輸層也能使用加密來確保應用層消息不被入侵者讀取。
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