Esta camada tem como função principal a detecção e correcção de erros de transmissão e a obrigação de abstrair as camadas superiores da sua existência. Para isso, a camada de ligação lógica proporciona vários tipos de serviços diferentes. Para que haja a possibilidade de recuperação de erros de transmissão, os dados a transmitir precisam de ser partidos em pequenos quadros (data frames) e transmitidos sequêncialmente através do suporte físico. Como resposta aos quadros enviados, o destinatário, pode ou não (conforme o tipo de serviço escolhido) transmitir de volta quadros de confirmação (acknowledgement frames) relativos aos dados recebidos. Como os dados transmitidos não são mais do que uma sequência de bits a percorrer um suporte físico, o receptor combina os dados recebidos de novo nos quadros originais através da procura de subsequência especiais de delimitação. Quando um quadro se perde durante a transmissão, o transmissor volta a repetir o seu envio. O problema está na perda de quadros de confirmação, o que origina uma nova transmissão dos quadros originais e a sua duplicação no suporte. A camada de ligação lógica proporciona vários tipos de serviços para lidar com estes problemas e o seu uso depende da vontade da camada superior (camada de rede). Outro problema está no possivel estrangulamento do receptor por parte de um transmissor mais rápido. Para o resolver, esta camada tem mecanismos que controlam o fluxo de dados entre um transmissor e um receptor. O último problema a resolver está na competição pelo acesso ao meio por parte dos intervenientes na comunicação. A camada de ligação lógica delega essa responsabilidade para uma subcamada especial - MAC (Medium Access Control). Em conjunção, todas estas funcionalidades estão a cargo de protocolos de ligação lógica, de onde o HDLC, SLIP e o PPP são os mais conhecidos.
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