データリンク層（データリンクそう、あるいは、データリンクレイヤ＝Data Link Layer）とは、コンピューターの通信プロトコルのひとつであるデータリンクプロトコルを、プロトコルスタックの階層モデルにおける層（レイヤ）に対応させたものである。7階層のOSI参照モデルの下位の2層目に当たる。4階層のTCP/IP参照モデルに対応付ける場合は、下位の1層目に割り当てられることが多い。このプロトコルでは、上層のネットワーク層からのサービス要求に応え、下層の物理層に対してサービスを要求する。データリンク層では、ワイドエリアネットワークにおいては隣接するネットワークノード間でのデータ転送を行い、ローカルエリアネットワークでは同じネットワークセグメント内のノード間でデータ転送を行う。データリンク層は、ネットワークエンティティ間でデータを転送するための機能や手順を提供し、物理層で発生する誤り（エラー）の検出方法や、その誤りを訂正し得る方法を提供する。データリンクプロトコルの例として、ローカルエリアネットワークのイーサネットや、ポイントトゥーポイント接続のPPPやHDLCやADCCP等がある。データリンクは、ある場所から別の場所への情報移動である。データリンク層においては、情報は必ずしもあらゆる場所に移動できる必要は無く、ただ、何処か別の場所に移動できれば良い。これは、人間社会での相互関係に例えてみれば、ボブからフレッドやジェームス宛のメッセージ（伝言）は、必ずしもボブがフレッドやジェームスに直接伝える事ができなくても、フレッドやジェームスと連絡する事ができる別の人がボブと連絡を取る事ができれば伝達が可能になる、という事に例えられる。データリンクにより、物理リンクを通ってデータは転送される。この転送の信頼性は特に規定されていない。多くのデータリンクのプロトコルでは、データフレームの受理、受諾が上手く行った事を通知するようにはなっていない。更に、伝送エラーを調べるチェックサムの仕組みもないデータリンクプロトコルもある。このような場合は、上位のプロトコルでフローの制御、エラーの検査、通信の受信通知、再送等を行う必要がある。IEEE 802のローカルエリアネットワーク等のネットワークでは、データリンク層はMACとLLCの副層に分割される。このIEEE 802.2のLLCプロトコルは、イーサネットやトークンリングやIEEE 802.11のような、IEEE 802の何れのMAC層とも使用できる。更に、FDDIのような802のMAC層には準拠しないものでも一緒に使用可能なものがある。HDLCのようなその他のデータリンクプロトコルでは、それら副層の両方を含んで規定されている。ただし、シスコHDLCのようなプロトコルでは、HDLCの下位のフレーム機構を、異なったLLC層と組み合わせて使用するMAC層として使用している。上位の副層は"論理リンク制御"（LLC）である。この副層は、データリンク層の上で稼働するプロトコルを多重する。更に、フロー制御、通信の通知、エラーの回復等も提供可能である。LLCは、データリンクのアドレス機構と制御を提供する。伝送媒体上の局のアドレス方式や、送受信装置間でのデータ交換の制御方式を規定する。LLCの下位の副層は "メディアアクセス制御" （MAC）である。任意時点におけるメディア（通信媒体）へのアクセス権を定義する副層と説明される場合もある（CSMA/CD）。あるいは、MACアドレスのあるデータフレーム（あるいは単にフレーム）機構とも説明される。一般には、メディアアクセス制御には、分散制御型と集中制御型の二つの方式がある。何れの場合も人間のコミュニケーションと比較する事ができる。メディアアクセス制御副層では、フレームの終わりと、次のフレームの始まり、と言ったものも定義する。例えば、郵便の各手紙がデータのひとつのフレームに相当するとする。手紙は封筒に入っているので、その手紙は容易に分かる。更に手紙の本文は、「拝啓」の様な言葉で始まり、「敬具」の様な言葉で終わり、本文だと分かる。メディアアクセス制御副層は、これら、郵便の手紙での封筒、頭語や結語に相当するものを定義している。データリンク層は「ネットワークドライバ」としてソフトウェアで実装される場合がある。オペレーティングシステムは、データリンクと上位のプロトコルスタックのネットワークやトランスポートとの間に指定されるソフトウェアインターフェイスを持つ。このインターフェイスはレイヤ（プロトコル層）そのものではなく、レイヤ間のインターフェイスを定義するものになる。以下はその例である：

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