在计算机网络的五层或七层参考模型中，数据链路层扮演着承上启下的关键角色。它位于物理层之上，网络层之下，主要职责是在直接相连的两个节点（或相邻节点）之间，建立一条可靠的数据传输通道。这一层将物理层提供的可能出错的原始比特流，封装成逻辑上无差错的“帧”，并确保这些帧能够被正确、有序地传递到相邻节点。
核心功能与职责
数据链路层的主要功能可以概括为以下几个方面：
- 成帧与封装：这是数据链路层最基本的功能。网络层传递下来的数据包（IP数据报）在这里被添加上帧头和帧尾，封装成“帧”。帧头通常包含源和目的MAC地址等控制信息，帧尾则包含用于差错检测的校验序列。成帧的方法有字符计数法、字符填充法、比特填充法和物理层编码违例法等，确保了接收方能从连续的比特流中正确识别出每一帧的边界。
- 差错控制：由于物理线路并非完美，传输过程中可能产生比特差错（如1变成0）。数据链路层通过差错检测和纠正技术来保证数据的可靠性。最常见的差错检测方法是循环冗余校验（CRC）。发送方根据数据计算出一个CRC码附加在帧尾，接收方重新计算并比对，若不一致则判定该帧出错，通常会丢弃并请求重传。更高阶的差错控制协议（如停止-等待协议、连续ARQ协议）则进一步管理了重传机制，确保帧的可靠交付。
- 流量控制：为了避免发送方发送数据过快，导致接收方缓冲区溢出，数据链路层需要实施流量控制。其核心是协调发送方的发送速率与接收方的处理能力。典型的协议是滑动窗口协议，它允许发送方在未收到确认的情况下连续发送多个帧，大大提高了信道利用率。
- 链路管理：对于面向连接的服务（如早期的HDLC协议），数据链路层负责链路的建立、维护和释放。这个过程在广域网中尤为重要。在当今主流的以太网等广播网络中，这一功能相对简化。
- 介质访问控制（MAC）：这是数据链路层的一个子层（通常与逻辑链路控制子层LLC共同构成数据链路层）。在广播信道（如以太网、无线局域网）中，多个设备共享同一传输介质，MAC子层负责决定在任意时刻由哪个设备来使用信道，从而解决“碰撞”问题。常见的MAC协议包括CSMA/CD（载波监听多点接入/碰撞检测）用于传统以太网，以及CSMA/CA（载波监听多点接入/碰撞避免）用于无线局域网。
关键技术与设备
- MAC地址：也称为物理地址或硬件地址，是一个固化在网络适配器（网卡）中的48位全球唯一标识符。它是数据链路层寻址的依据，用于在局域网内标识帧的源和目的地。
- 以太网（Ethernet）：是目前应用最广泛的局域网技术，其核心协议（如IEEE 802.3标准）主要工作在数据链路层和物理层。它定义了帧结构、MAC地址格式和CSMA/CD介质访问方法。
- 交换机（Switch）：是工作在数据链路层的典型网络设备。它基于MAC地址进行数据帧的转发、过滤和泛洪。交换机通过自学习建立MAC地址表，将帧智能地转发到目标端口，从而分隔冲突域，极大地提升了局域网性能和安全性。
- PPP协议与HDLC协议：是常见的点对点数据链路层协议，广泛应用于广域网连接中，如家庭拨号上网（PPP）和路由器之间的专线连接。
总结
数据链路层是确保网络通信在局部范围内可靠、高效进行的关键层次。它通过精巧的帧封装、严格的差错与流量控制，以及在高冲突环境中智慧的介质访问策略，为上层网络服务提供了一个坚实、透明的数据传输基础。理解数据链路层，是掌握局域网技术（尤其是以太网和交换机工作原理）和进行网络故障排查的基石。从最初的简单链路控制到如今高速交换技术的演进，数据链路层始终是计算机网络技术蓬勃发展的核心驱动力之一。
