TCPには、①通信を行うアプリケーション間の通信経路の確立と、②アプリケーションから渡されたデータを通信に適した大きさに分割したり復元したりする、2つの大きな役割があります。①通信を行う場合は、データのやり取りに使用するアプリケーション間に通信経路（コネクション）を確立する必要があります。それは、クライアントのコンピュータでは、通信に使用する複数のアプリケーションソフトが起動していたり、サーバーのコンピュータでも、サービスを提供する複数のサーバーソフトウェアが稼動していたりするからです。
TCPは、送信側と受信側のアプリケーションソフトを識別するために、アプリケーション層のプロトコルから渡されたデータに、ポート番号を付加します。これで、送信側と受信側のアプリケーションソフトが識別できるようになり、双方のアプリケーションソフト間で通信ができるようになります。
サーバーのポート番号には、誰もがよく知っている番号という意味合いのウェルノウンポート番号（well-known port number）が使用されています。これに対し、クライアントのポート番号には、OSによって動的（ダイナミック）に任意の番号を割り当てて使用されています。
このとき、クライアントで通信に使用する複数のアプリケーションソフトが起動している場合でも、OSによってそれぞれのアプリケーションソフトに異なるポート番号が割り当てられるので、クライアントとサーバーで1対1のコネクションが確立し、サーバーから送信されるデータは、クライアントの要求を行ったアプリケーションソフトに確実に届けることができます。
②送信側のTCPは、アプリケーション層のプロトコルから渡されたデータを、インターネット層のIPプロトコルが一度に送信できるサイズに分割する役割があります。それぞれの分割されたデータには、シーケンス番号（sequence number）とい通し番号が付加されてインターネット層のIPプロトコルに渡されます。
これに対し、受信側のTCPは、受け取ったデータのシーケンス番号をもとにデータを元通りに復元します。このとき、消失したり破損したりしたデータがある場合は、送信元にデータの再送信を要求し、データを完全な形に復元する処理を行います。
TCPでデータに付加されるポート番号やシーケンス番号などは、データの先頭に位置するTCPヘッダ（TCPセグメントフォーマット：TCP segment format）に書き込まれます。また、分割したデータにTCPヘッダを付加したデータのかたまりをセグメントといいます。
TCPヘッダは、ポート番号やシーケンス番号などTCPの機能に必要な情報が書き込まれた部分で、IPプロトコルが一度に送信できるサイズに合わせてデータを分割した後に付加されます。TCPは、通信の開始や終了、セグメントが正常に送信されたか確認のやり取りを相手のコンピュータとの間で行います。具体的には受信側のクライアントがセグメントの送信を要求すると、送信側のサーバーがセグメントを送信します。
すると、データを受け取ったクライアントは、データ部のないセグメントが到着したことを知らせる情報が書き込まれたTCPヘッダのみを送信します。そして、サーバーは、セグメントがクライアントに到着したことを確認して、セグメントを送信することを繰り返します。
TCPヘッダには、このような一連のデータのやり取りを行うための情報を格納できる構造になっています。
TCPヘッダの先頭部分には、送信元ポート番号と宛先ポート番号が書き込まれます。次に、データを分割した際に割り振られる通し番号であるシーケンス番号が書き込まれます。
その次に、送信したセグメントが正常に相手に届いたかを確認するための確認応答番号が書き込まれます。受信側のクライアントは、正常にセグメントを受信すると、そのTCPヘッダに格納されているシーケンス番号の次の番号を確認応答番号に書き込んで、送信側のサーバーに返信します。
そして、通信の開始や終了を通知するコードビット、セグメントを連続送信して通信速度を上げる処理をするための情報を通知するウィンドウ、セグメントのデータ部分が伝送途中で損傷したことを検出するチェックサムなどが続きます。
| フィールド名 | ビット長 | 説 明 |
| 送信元ポート番号（Source Port） | 16 | 送信元のポート番号を表す。 |
| 宛先ポート番号（Destination Port） | 16 | 送信先のポート番号を表す。 |
| シーケンス番号 （Sequence Number） |
32 | シーケンス番号を表す。シーケンス番号は、分割したデータに割り振られる通し番号のこと。 |
| 確認応答番号 （Acknowledgement Number） |
32 | 確認応答番号を表す。確認応答番号は、TCPヘッダのシーケンス番号の次に続く番号のこと。 |
| データオフセット（Hlen） | 4 | TCPヘッダの長さを表す。 |
| 予約（Reserved） | 4 | 将来の拡張するための空間。 |
| コードビット（Code Bits） | 4 | 通信の開始や終了などの符号を指定する。 |
| ウィンドウ（Window） | 16 | 通信速度を上げるために、セグメントを連続して送信可能なデータのサイズを表す。 |
| チェックサム（Checksum） | 16 | セグメントのデータの誤りを検出する情報を表す。 |
| 緊急ポインタ（Urgent Pointer） | 16 | 緊急のデータの格納場所の情報を表す。 |
| オプション（Option） | 可変長 | TCPによる通信の性能を向上するための情報を表す。 |
| パディング（Padding） | 可変長 | ヘッダ長が32ビットの整数倍にならない場合、0で穴埋め（パディング）をして調整する。 |
TCPは、消失したり破損したりしたデータがある場合は、送信元にデータの再送信を要求し、データを完全な形に復元する処理を行いますが、UDPは、そのような機能はありません。UDPは、ポート番号でアプリケーション層へデータの受け渡しをする機能しかありません。TCPは、シーケンス番号（分割したデータに割り振られる通し番号）などがないコネクション型といい、UDPは、それがないコネクションレス型といいます。
UDPは、インターネットのような複雑な環境ではなく、高速性が重視されるLANなどの閉ざされたネットワークにおけるデータ伝送に多く利用されます。
また、UDPは、データが伝送途中で破損した場合、それを検知する機能がないため、大容量の動画像データのように、データの一部が破損しても致命的なダメージを受けないデータのやり取りにも多く利用されます。
UDPのようなコネクションレス型のプロトコルは、信頼性は多少低いものの、通信の手続きが簡略化されている分、効率よく通信することができます。
