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数据链路层（Data Link Layer）接受物理层提供的服务，同时也为网络层提供服务。数据链路层的功能是在广域网中实现相邻网络设备之间的连通性，以及在局域网中实现网络设备之间的连通性 。点到点（双点）连接中使用的PPP就是一种数据链路层协议，局域网（多点）中使用的以太网协议也是一种数据链路层协议。这些内容都会在后面的章节中展开介绍。
除了建立和终结二层链路的功能，数据链路层协议也可以负责检查设备接收到的数据帧是否完整。它可以重传未经确认的帧并处理重复的帧请求，以此检测和纠正物理层中的错误。此外，数据链路层的功能还包括帧流量的控制和管理。
数据链路层交换单元的名称是帧 。典型的数据链路层协议有802.2、802.3、HDLC、FR及PPP。