数据链路层，作为OSI模型中的关键层，主要由LLC逻辑链路层子层和MAC介质访问控制子层组成。LLC子层主要负责单个连接设备间的错误控制和流量管理，它与物理媒介无关，可以适应CSMA/CD的802.3或令牌环802.5网络，独立于具体的介质实现，如802.2标准。
LLC子层通过业务接入点SAP与上层协议通信，允许站点通过一个接口同时与多个高层协议交互。SAP是简单的地址或协议标识，LLC协议数据单元（LLCPDU）包括DSAP（目标SAP）、SSAP（源SAP）、控制域和承载数据的信息域。例如，SAP AA代表SNAP，一种用于接入特定协议的非标准化协议，而SAP 06和SAP FO分别对应IP和NetBIOS，SAP FF则表示广播的Global协议。
对于协议标识不够区分的问题，SNAP机制引入了厂商号和协议指示，允许在LLC帧中承载厂商特定的协议。以太网有IEEE和DIX两种版本，DIX帧包含Type字段，而IEEE帧则包含帧长度指示和标准LLCPDU封装。
在数据链路层，MAC子层负责介质访问控制，解决网络中共享信道的竞争问题。逻辑链路层则根据服务类型划分为面向连接、需要应答连接和无应答不连接服务。LLC子层在接收分组后，根据需要可能将分组转发到其他网络，例如在NetWare服务器中，通过适配器间的桥接功能实现不同网络间的数据传输。
数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的，数据链路必须具备一系列相应的功能，主要有：如何将数据组合成数据块，在数据链路层中称这种数据块为帧（frame），帧是数据链路层的传送单位；如何控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错，如何调节发送速率以使与接收方相匹配；以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。