El nivel de enlace es uno de los niveles conceptuales más bajos y fundamentales de las comunicaciones digitales. Básicamente, es donde reside toda la lógica para tratar con un enlace de datos. Opera en una especie de jerarquía, actuando como una interfaz, en este caso, entre el nivel más bajo, el nivel físico que transmite el flujo sin procesar de unos y ceros, y las capas superiores. En muchos casos, el término se usa indistintamente con «capa de enlace», que generalmente significa la segunda capa del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI), la capa de enlace de datos, que se usa en redes de computadoras. Existen numerosos protocolos de comunicación que operan a nivel de enlace, pero sus funciones esenciales son preparar los paquetes de datos destinados al transporte, así como interpretar cualquier entrada a través del enlace de datos.
Hay tres tipos de enlaces de datos con los que tiene que lidiar un nivel de enlace: símplex, semidúplex y dúplex completo. Con un enlace simplex, los datos viajan en una dirección, como una red de transmisión, donde hay un remitente y un destinatario dedicados, y el destinatario no necesita enviar nada al remitente. Con semidúplex, los datos pueden ir en ambos sentidos, pero no al mismo tiempo. Las comunicaciones de dúplex completo permiten que los datos viajen en ambas direcciones simultáneamente, lo que requiere más esfuerzo por parte del nivel de enlace para ordenar las comunicaciones que van y vienen.
Para realizar gran parte de su trabajo, el nivel de vínculo utiliza una técnica conocida como encuadre. Esto implica agregar un identificador adicional que indica dónde comienza o termina la trama en el flujo de bits. Aunque existen otros métodos de encuadre, en la mayoría de los casos, esto es simplemente un bit adicional agregado al flujo durante incrementos específicos. En el extremo receptor, la capa de enlace sincroniza los bits de trama en la secuencia para ayudar a separar las tramas, extraer los paquetes originales y pasarlos a las otras capas según sea necesario. La sincronización entre los extremos de envío y recepción es importante, porque si la capa de enlace de recepción toma el flujo entre cuadros, simplemente puede esperar hasta que comience el siguiente cuadro, descartando los bits inutilizables que no pertenecen a un cuadro.
La capa de enlace de datos del modelo OSI percibe además dos subcapas en la capa de enlace. Uno se denomina control de enlace lógico (LLC), mientras que el otro es control de acceso a medios (MAC). La subcapa LLC superior se ocupa de cuestiones como el control de flujo y la corrección de errores en la transmisión. Dependiendo del tipo de comunicación, es posible que no se utilicen algunos métodos de corrección de errores. Por ejemplo, con las redes inalámbricas, el nivel de enlace tiene la capacidad de solicitar que se envíen nuevamente paquetes erróneos, lo cual es mucho más raro en las comunicaciones por cable, donde la capa de enlace solo se ocupa de detectar errores y cancelar paquetes defectuosos.
La subcapa MAC inferior es responsable de identificar la dirección física del dispositivo, comúnmente conocida como dirección MAC. También es capaz de mantener cualquier cola de los paquetes de datos, así como programar su entrega y garantizar la calidad de la transmisión. Aquí es también donde se lleva a cabo la sincronización de cuadros, así como los protocolos que evitan que las secuencias choquen.