Warstwa łącza danych zapewnia warstwom wyższym dostęp do nośnika oraz kontroluje sposób w jaki dane są w nim umieszczane. Jej najważniejszym urządzeniem jest przełącznik, wykorzystujący do swojej pracy adresy fizyczne MAC.
Warstwa łącza danych jest drugą warstwą w modelu OSI. Gdy spojrzymy na rysunek przedstawiający poszczególne jego warstwy możemy dostrzec, że znajduje się ona pomiędzy warstwą sieci oraz warstwą fizyczną. Zapewnia ona protokołom z warstw wyższych dostęp do nośnika, tzn. zapewnia środki potrzebne do przesłania danych przez różnego rodzaju przewody (miedziane, światłowody), powietrze (np. sieci WLAN, WiMAX), a także zapewnia łączność satelitarną. Jest ona istotna ze względu na to, że protokoły warstw wyższych takie jak protokoły IP lub IPX nie mają „świadomości” jakimi łączami będą transmitowane. W Inteligentnych Systemach Transportowych jest to szczególnie widoczne, gdzie różnorodność mediów jest bardzo duża. Projekt CVIS (ang. Cooperative Vehicle Infrastructure Systems) umożliwiający zestawianie sieci ad-hoc z otaczającymi je pojazdami i infrastrukturą będzie wykorzystywał zarówno sieci WiFi, sieci komórkowe oraz łączność przewodową łączącą urządzenia przydrożne. Zaimplementowany protokół IPv6 będzie musiał być transportowany przez wymienione wyżej media.
Warstwa łącza danych, aby móc przesyłać protokoły warstw wyższych, musi je opakować w ramki, tzn. dodać do protokołu nagłówek oraz stopkę. Nagłówek ramki zawiera informacje sterujące określone przez protokół warstwy łącza danych m.in. początek ramki, adres źródłowy i docelowy zmieniające się po przejściu przez przełącznik lub router (adres źródłowy i docelowy w pakiecie IP nie zmienia się). Stopka służy do określenia momentu w którym kończy się ramka oraz do ustalenia czy w danej ramce nie wystąpiły błędy. Sprawdzane są one z wykorzystaniem sumy kontrolnej która porównuje wartość wygenerowaną przez węzeł źródłowy z obliczoną przez węzeł docelowy i jeśli obie wartości są takie same ramka zostaje przekazana dalej, jeśli nie, zostaje odrzucona. Ze względu na dużą liczbę nośników oraz różne typy komunikacji w sieciach LAN i WAN istnieje wiele protokołów warstwy łącza danych min. Ethernet, PPP (ang. Point-to-Point Protocol), Frame Relay, ATM (ang. Asynchronous Transfer Mode). Warto dokładniej przyjrzeć się dwóm wymienionym wcześniej protokołom Ethernet i PPP, gdyż reprezentują one odmienny typ dostępu do nośnika. Ethernet wykorzystuje metodę wielodostępu z wykrywaniem fali nośnej i wykrywaniem kolizji CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect) i jest stosowana, gdy wiele urządzeń korzysta z tego samego nośnika (przewodu). Gdy urządzenie chce przesłać dane najpierw sprawdza, czy w przewodzie został wykryty sygnał , jeśli tak to znaczy, że inne urządzenie transmituje dane. Po chwili znów sprawdza dostępność linii, jeśli nikt nie nadaje tzn. że można rozpocząć transmisję. Może się jednak zdarzyć tak, że dwa urządzenia wyślą w tym samym czasie informację. Wtedy następuje kolizja, dane ulegają uszkodzeniu i powinny zostać retransmitowane. Urządzenia odczekują losowy czas i próbują ponownie je wysłać. W protokole PPP nie ma konieczności stosowania tej metody, gdyż nośnik wykorzystywany jest jedynie pomiędzy dwoma urządzeniami i nie ma tutaj rywalizacji o łącze. W sieciach bezprzewodowych WLAN stosowana jest metoda wielodostępu z wykrywaniem fali nośnej i unikaniem kolizji CSMA/CA (ang. Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) różniąca się od metody CSMA/ CD tym, że po wykryciu wolnego nośnika urządzenie wysyła powiadomienie informujące pozostałe urządzenia aby nie nadawały w tym samym czasie, następnie wysyła dane.
W warstwie sieci najważniejszymi urządzeniami są routery. Umożliwiają one transmisję pakietów przez sieć Internet. Innymi słowy można powiedzieć, że zapewniają transmisję pomiędzy wieloma sieciami lokalnymi. Ta sama struktura ramki w warstwie łącza danych jest wykorzystywana tylko w jednej sieci lokalnej, tzn. że po przejściu przez router ramka jest rozpakowywana a następnie pakiet jest opakowywany z powrotem (zmieniany jest m.in. adres nadawcy i odbiorcy MAC w danej sieci) w odpowiedni protokół warstwy łącza danych. Do pakietu dodawany jest nagłówek zawierający informacje sterujące dla określonego protokołu warstwy łącza danych oraz określonej topologii, a także stopka sprawdzająca poprawność przesyłanej ramki. Widać, że aby przesłać dane przez router wymagana jest praca na trzech warstwach. Przełącznik (ang. Switch) jest urządzeniem warstwy łącza danych pracującym na dwóch warstwach, więc zapewnia szybszą wymianę informacji niż router w danej sieci lokalnej. Podobnie jak router umożliwia określenie miejsca źródłowego i docelowego jednak do swojej pracy wykorzystuje adresy MAC a nie adresy IP. MAC (ang. Media Access Control) jest adresem zaimplementowanym w każdej karcie sieciowej NIC (ang. Network Interface Card) oraz interfejsie przełącznika. Przykładowy adres w postaci szesnastkowej (zapis wykorzystujący liczby od 1 do 9 oraz litery A, B, C, D, E, F) przedstawiony jest na rysunku. Przełącznik oprócz tego, że pracuje na dwóch warstwach modelu OSI wyposażony jest w wiele portów, dzięki czemu możliwe jest podłączenie do niego dużej liczby urządzeń końcowych. Przełącznik umożliwia także zdefiniowanie tzw. wirtualnych sieci LAN (VLAN ang. Virtual Local Area Network), które umożliwiają logiczne pogrupowanie urządzeń niezależnie od ich fizycznego rozmieszczenia. Zapewniają one oddzielenie urządzeń takich jak kamery monitoringu wizyjnego, komputery operatorów czy serwery w Centrum Zarządzania Ruchem nadając im odpowiednie prawa dostępu, tym samym podnosząc bezpieczeństwo całej sieci teleinformatycznej. Jak pamiętamy, w warstwie sieci, aby odseparować urządzenia posiadające różne przywileje i uprawnienia, należało połączyć urządzenia grupami do tych samych portów routera co wiązało się z dużym kosztem kładzenia przewodów i trudnościami w zarządzaniu. W sieciach VLAN możemy połączyć wszystkie urządzenia do tego samego przełącznika i każde z nich może mieć różne prawa dostępu. To rozwiązanie zwiększa także wydajność sieci dla urządzeń znajdujących się w tej samej sieci VLAN umożliwiając przełączanie danych na warstwie drugiej. Odseparowany ruch pomiędzy sieciami VLAN możemy przekazywać używając urządzenia warstwy trzeciej, routera lub przełącznika rutującego (specjalnego przełącznika który może pracować w warstwie sieci przekazując pakiety). Na rysunku w kolumnie Ports przedstawiono porty Fa 0/1 i Fa 0/10, do których zostały przypisane adresy MAC (kolumna Mac Address) oraz sieci VLAN (kolumna Vlan) 20 i 30. W następnej części cyklu zostanie omówiona najniższa warstwa modelu OSI, warstwa fizyczna.
