Internet控制消息協議（ICMP）是IP的一個輔助協議，我們將它標註為3.5層協議。IP層使用它與其他主機或路由器的IP層之間交換差錯信息和其他重要信息。
ICMP有2個版本，IPv4使用的是ICMPv4，IPv6使用的是ICMPv6.ICMPv6是相當複雜的，包括地址自動配置和鄰居發現等功能，它們在IPv4網絡中由其他協議來處理（如ARP）.雖然ICMP主要有IP使用，但它也能被其他應用使用。兩個流行的診斷工具（ping和traceroute）都使用ICMP。ICMP消息被封裝在IP數據報中，採用與傳輸層PDU相同的封裝方式。
Internet組管理協議（IGMP）是IPv4的另一個輔助協議，它採用組播尋址和交付來管理作為組播組成員的主機（一組接收方接收一個特定目的地址的組播流量）。
在第4層中常見的兩種Internet傳輸協議有很大區別，廣泛使用的傳輸控制協議（TCP），會處理數據報丟失、重複和重新排序等IP層不處理的問題。它採用面向連接（VC）的方式，並用不保留消息邊界。相反，用戶數據報協議（UDP）僅提供比IP協議稍多的功能。UDP允許發送數據報並保留消息邊界，但不強制實現速率控制或差錯控制。
TCP在兩臺主機之間提供可靠的數據流傳輸。TCP涉及很多工作，例如將來自應用的數據分解成在網絡層中適合傳輸的適當尺寸的塊，確認接收到的分組和設置超時，以便對方能夠確認自己發送的分組。由於傳輸層提供這種可靠的數據流，所以應用層可以忽略這些細節，TCP發送到IP的PDU稱為TCP段。
UDP為應用層提供更簡單的服務。它允許將數據報從一臺主機發送到另一臺主機，但不保證數據報能到達另一端。任何可靠性都需要應用層提供。事實上，UDP所做的是提供一套端口號，用於複用、分散數據和校驗數據的完整性。所以即使TCP和UDP在同一層次，它們也是完全不同的。
數據報擁塞控制協議（DCCP），它提供了一種介於TCP和UDP之間的服務類型：面向連接、不可靠的數據報交換，但具有擁塞控制功能。擁塞控制包括髮送方控制發送速率的多種技術，以避免流量堵塞整個網絡。
流控制傳輸協議（SCTP）,是用於某些特定系統的傳輸協議。SCTP提供類似於TCP的可靠交付，但不要求嚴格保持數據的順序，它還允許多個數據流邏輯上在同一連接上傳輸，並提供子一個消息抽象，這是它與TCP的主要區別，SCTP用於在IP網絡上攜帶信令消息，這類似於某些電話網絡中的用途。
在傳輸層上，應用層負責處理特定應用的細節，有很多常見的應用，幾乎每個應用的實現都是基於TCP/IP的，應用層與應用的細節有關，但與網絡中的數據傳輸無關。較低的三層則相反，它們對具體的應用一無所知，但需要處理所有的通信細節。
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