第3章 计算机网络底层协议-3.1 物理层
第三章 计算机网络体系结构ppt课件
图1 OSI参考模型
最顶层
最底层
.
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
（A）
（P） （S） （T） （N）
（DL） （PH）
通信子网
.
OSI中数据流动过程
用户看到的据流向
向实 际 数 据 流
向实 际 数 据 流
实际数据流向
.
2.3 OSI-RM 各层主要功能概述
1、物理层
2.1 网络体系结构及协议概念
2.1.1 网络体系结构的概念
计算机网络体系结构与网络协议是计算机网络技术 中的关键。
计算机网络的实现需要解决很多复杂的技术问题。 例如：①支持多种通信介质；②支持多厂商和异种机互 联，其中包括软件的通信规定及硬件接口的规范；③支 持多种业务，如远程登录、数据库、分布式计算等；④ 支持高级人机接口。
服务数据单元是指（N）实体为完成（N） 服务用户请求的功能所设置的数据单元
.
2.4.3 、服务原语： 在OSI-RM中，上层使用下层的服务，必须通过下
层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
请求：用户要求服务做某项工作
服务原语
指示：用户被告知某事件发生了 响应：用户表示对某事件的响应
确认：用户实体收到关于它的请求答复
● 数据链路层协议分为两类：
● 面向字符型的主要特点是利用已定义好的一组 控制字符完成数据链路控制功能。
● 面向比特型的数据链路层，其规程传送信息的单 位称为帧。帧分为控制帧和信息帧。
.
1、数据链路层的功能
传输链路 传输链路是用于传输数据的通信信道，由双绞线、
光纤、 同轴电缆、微波、卫星通信等构成。 信道分为链路与通路两种：
第3章 计算机网络体系结构 Microsoft Word 文档
第3章计算机网络体系结构〖主要内容〗计算机网络体系结构概述，各层功能的简单介绍，主要介绍物理层和数据链路层及网络层。
〖教学重点〗OSI参考模型的七层功能，物理层概念，数据链路层的流量控制方法，HDLC概念。
计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间要不断地交换数据和控制信息，要做到有条不紊地交换数据，每个结点就必须遵守一整套合理而严谨的结构化管理体系。
计算机网络就是按照高度结构化设计方法采用功能分层原理来实现的，即计算机网络体系结构的内容。
3.1 网络体系结构及协议的概念3.1.1 网络体系和网络体系结构网络体系（Network Architecture）：是为了完成计算机间的通信合作，把每台计算机互连的功能划分成有明确定义的层次，并规定了同层次进程通信的协议及相邻之间的接口及服务。
网络体系结构：是指用分层研究方法定义的网络各层的功能、各层协议和接口的集合。
3.1.2 计算机网络体系结构计算机的网络结构可以从网络体系结构、网络组织和网络配置三个方面来描述，网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络；网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局、硬件、软件和和通信线路来描述计算机网络；网络体系结构是从功能让来描述计算机网络结构。
网络体系结构最早是由IBM公司在1974年提出的，名为SNA计算机网络体系结构：是指计算机网络层次结构模型和各层协议的集合结构化是指将一个复杂的系统设计问题分解成一个个容易处理的子问题，然后加以解决。
层次结构是指将一个复杂的系统设计问题分成层次分明的一组组容易处理的子问题，各层执行自己所承担的任务。
计算机网络结构采用结构化层次模型，有如下优点：●各层之间相互独立，即不需要知道低层的结构，只要知道是通过层间接口所提供的服务●灵活性好，是指只要接口不变就不会因层的变化（甚至是取消该层）而变化●各层采用最合适的技术实现而不影响其他层●有利于促进标准化，是因为每层的功能和提供的服务都已经有了精确的说明3.1.3 网络协议1.协议(Protocol)网络中计算机的硬件和软件存在各种差异，为了保证相互通信及双方能够正确地接收信息，必须事先形成一种约定，即网络协议。
第三章计算机网络的层次结构
第3章 计算机网络的层次结构
TCP/IP与OSI/RM的比较 除表现结构上的不同之外，还需要说明几点。 （1）层次性是否严格 OSI/RM最大的贡献在于它作为一种理论模型， 有清晰的层次结构，并且用服务、接口和协议 三个基本概念作为每一层的核心。 TCP/IP是实践中形成的，是经验的总结，虽然T CP/IP模型也分层次，但是层次间的依赖关系不 像OSI/RM那样强。
第3章 计算机网络的层次结构
1.物理层 物理层（Physical Layer）的功能是解决 “物理连接”的标准问题，而不是物理线路的 敷设问题，具体可以有以下3点： 以下3 （1）它建立在传输介质之上，并不考虑传输 介质的具体敷设问题，而只关心介质两端的连 接，或者说它只关心链路两端点的物理特性。
第3章 计算机网络的层次结构 3.3 TCP/IP体系结构
3.3.1 TCP/IP模型 TCP/IP协议是事实上的工业标准 ，其中以TCP、 IP协议为主。 TCP/IP模型共划分了四个层次： 网络接口层、网络层、传输层、应用层。 网络层、传输层是核心层次，向上支持各 种应用，向下要进行数据的传输，加入了网络 接口层。
第3章 计算机网络的层次结构
6. 表示层 表示层处理两个应用实体间数据交换的语法问题， 解决数据交换中存在的数据格式不一致和数据表 示方法不同等问题。
第3章 计算机网络的层次结构
7. 应用层 应用层主要进行应用管理和系统管理，直接 为用户服务，在信息网络用户之间形成一个交换 信息的界面━━用户应用程序，如电子邮件、文 件传输等。简单地说，就是接收用户数据。
第3章 计算机网络的层次结构
（2）可靠性第一还是效率第一 可靠性是指网络正确地传输数据的能力。 OSI/RM以可靠性第一作为其基本宗旨; TCP/IP模型则以效率第一作为其基本宗旨. （3）主机负担重还是通信子网负担重 OSI/RM系统中通信子网负担较重，主机负担较轻， 即OSI/RM对主机的要求不高。 在TCP/IP模型中主机的负担较重。
计算机网络_吴功宜3版_ch03_物理层
3.5 多路复用技术86
3.7 接入技术92
3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系SDH90
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信息、数据与信号
信息 (infomation)：文字、语音、图形、图像和视频 数据 (data)：信息的二进制编码表示 信号 (signal)：表征0、1的不同电平或频率等物理量
本章目录
3.1 物理层与物理层协议的基本概念63
3.2 数据通信的基本概念66 3.3 频带传输技术78
3.4 基带传输技术81
3.5 多路复用技术86 3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系
SDH90 3.7 接入技术92
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本章知识点结构
物理层协议的基本概念 数据通信的基本概念
3.3 频带传输技术78 3.4 基带传输技术81
3.5 多路复用技术86
3.6 同步光纤网SONET与同步数字体系SDH90 3.7 接入技术92
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通信线路的类型
点-点通信线路
计算机 ADSL Modem PPP协议 PPP协议 路由器 PPP协议 路由器 Internet ADSL Modem PPP协议 计算机
计算机网络基础
application transport network data link physical
network data link physical
第3章
物理层
蒋巍巍 浙江中医药大学信息技术学院 1219室
application transport network data link physical
掌握：基带传输与频带传输的基本概念 掌握：多路复用技术的分类与特点
掌握：同步数字体系SDH的基本概念
osi七层模型的定义和各层功能
OSI七层模型的定义和各层功能随着网络技术的不断发展，我们的生活已经离不开网络了。
而OSI七层模型是计算机网络体系结构的实质标准，它将计算机网络协议的通信功能分为七层，每一层都有着独特的功能和作用。
下面，我将以此为主题，深入探讨OSI七层模型的定义和各层功能。
1. 第一层：物理层在OSI七层模型中，物理层是最底层的一层，它主要负责传输比特流（Bit Flow）。
物理层的功能包括数据传输方式、电压标准、传输介质等。
如果物理层存在问题，整个网络都无法正常工作。
2. 第二层：数据链路层数据链路层负责对物理层传输的数据进行拆分，然后以帧的形式传输。
它的功能包括数据帧的封装、透明传输、差错检测和纠正等。
数据链路层是网络通信的基础，能够确保数据的可靠传输。
3. 第三层：网络层网络层的主要功能是为数据包选择合适的路由和进行转发。
它负责处理数据包的分组、寻址、路由选择和逻辑传输等。
网络层的存在让不同的网络之间能够互联互通，实现数据的全球传输。
4. 第四层：传输层传输层的功能是在网络中为两个端系统之间的数据传输提供可靠的连接。
它通过TCP、UDP等协议实现数据的可靠传输、分节与重组、流量控制、差错检测和纠正等。
5. 第五层：会话层会话层负责建立、管理和结束会话。
它的功能包括让在网络中的不同应用之间建立会话、同步数据传输和管理数据交换等。
6. 第六层：表示层表示层的作用是把数据转换成能被接收方识别的格式，然后进行数据的加密、压缩和解压缩等。
7. 第七层：应用层应用层是OSI模型中的最顶层，它为用户提供网络服务，包括文件传输、电流信箱、文件共享等。
应用层是用户与网络的接口，用户的各种应用软件通过应用层与网络进行通信。
OSI七层模型是计算机网络体系结构的基本标准，它将通信协议的功能划分为七层以便管理和开发。
每一层都有独特的功能和作用，共同构成了完整的网络通信体系。
只有了解并理解这些层次的功能，我们才能更好地利用网络资源，提高网络效率。
计算机网络技术 第三章 计算机网络体系结构及协议
第三章 计算机网络体系结构及协议
3）常见的流量控制方案有：XON/XOFF方案和窗口机制。 ①XON/XOFF方案使用一对控制字符来实现流量控制，当接收方过载时， 可向发送方发送字符XOFF（DC3）暂停，待接收方处理完数据后，再向发送方发送 字符XON（DC1），使之恢复发送数据； ②窗口机制：其本质是在收到一个确定帧之前，对发送方可发送帧的数目加 以限制，这是由发送方调整保留在重发表中的待确认帧来实现的，如接收方来不及 处理，则接收方停止发送确认信息，发送表的重发表就增长，当达到重发表的限度 时，发送方就不再发送新帧直到收到确认信息为止。 发送窗口和接收窗口的大小可以不同，但接收窗口的尺寸不能大于发送窗口， 发送方和接收方的窗口尺寸不得大于信号范围的一半。发送窗口指发送方已发送但 尚未确认的帧序号队列的界，上下界分别称上下沿，上沿、下沿的间距称为窗口尺 寸。发送方每发一帧，待确认帧的数目加1，收到一个确认帧时，待确认帧的数目减 1.当重发表的计数值（待确认帧的数目）等于发送窗口尺寸时，停止发送新帧。 以滑动窗口的观点来统一看待空闲的RQ、Go-Back-N和选择重发，则①空闲 RQ：发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：发送窗口>1，接收窗口=1；③选择 重发：发送窗口>1，接收窗口>1.
第三章 计算机网络体系结构及协议
七、发送进程发送给接收进程中的数据， 实际上是经过发送方各层从上到下传送 到物理媒体，通过物理媒体传输到接收 方后，再经过从下到上各层的传递，最 后到达接收进程。
第三章 计算机网络体系结构及协议
八、物理层的传输单位是比特，它是指 在物理媒体之上为数据链路层提供一个 原始比特流的物理连接，它不是指具体 的物理设备，也不是指信号传输的物理 媒体，物理层的1建议是于1976年制定的DTE 如何与数字化的DCE交换信号的数字接 口标准。机械特性：采用15芯标准连接 器，定义了八条接口线；电气特性：类 似于RS-422的平衡接口；功能特性：按 同步传输的全双工或半双工方式运行。
第3章 计算机网络体系结构
计算机网络技术基础任课老师: 田家华第3章计算机网络体系结构本章要点3.1 网络体系结构概述3.2 OSI七层协议模型3.3 TCP/IP的体系结构本章要点：网络体系结构的概念物理层、数据链路层、网络层、传输层、高层的功能TCP/IP体系结构3.1.1 网络体系结构的概念高层不需要知道低层是如何实现的，只需要知道低层所提供的服务，以及本层向上层提供的服务，各层独立性强。
当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他层，适应性强。
整个系统已被分解为若干易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂的系统实现和维护起来更容易。
每层的功能与所提供的服务都有精确的定义和说明，有利于促进标准化。
邮政服务的层次模型3.1.2网络协议网络协议的定义为实现网络通信而建立的关于信息传输顺序、信息格式和信息内容等方面的一组规则、标准或约定，统称为网络协议(Protocol)网络协议的三要素语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构和格式。
语义：用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。
定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事件实现顺序的详细说明。
3.1.2网络协议TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议3.1.3 OSI参考模型1 OSI参考模型概述OSI参考模型是标准化的、开放式的计算机网络层次结构模型。
“开放”的含义是：任何两个遵守OSI参考模型和有关标准的系统都可以进行互连。
这里的“系统”指的是计算机、终端或其他外部设备等。
OSI参考模型将计算机网络分成了互相独立的7层，从下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层2 OSI参考模型中的数据传输过程在OSI参考模型中，不同主机对等层之间按相应协议进行通信，同一主机不同层之间通过接口进行通信。
除了最底层的物理层是通过传输介质进行物理数据传输外，其他对等层之间的通信均为逻辑通信。
计算机网络低层协议
计算机网络低层协议计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分。
它使得我们可以通过互联网连接世界各个角落，传递信息和数据。
而在计算机网络中，低层协议扮演着重要的角色。
本文将介绍计算机网络中的低层协议及其功能。
一、低层协议概述低层协议是计算机网络中最基础的协议，负责实现数据在网络中的传输。
它们运行在计算机网络的物理层和数据链路层，确保数据准确无误地从发送方传输到接收方。
常见的低层协议包括物理层协议和数据链路层协议。
物理层协议主要负责将二进制数据通过硬件设备转化为电磁信号，并进行传输。
数据链路层协议用于控制数据的传输，解决数据在局域网等短距离网络中的传输问题。
二、物理层协议物理层协议是低层协议中最底层的协议。
它确保数据能够准确地传输到网络介质上。
物理层协议的功能如下：1. 位传输：物理层协议负责将数字信号转化为模拟信号，通过媒体传输。
常见的物理层协议有以太网、串行通讯协议等。
2. 数据编码：物理层协议将比特流转换为物理信号，并进行差错控制和同步操作，以保证数据的可靠性。
3. 中继器：物理层协议使用中继器将信号放大，延长信号的传输距离。
三、数据链路层协议数据链路层协议位于物理层之上，负责数据在链路上的传输。
数据链路层协议的主要功能如下：1. 帧同步：数据链路层协议通过添加起始符和终止符等方式，确保数据帧的同步和识别。
2. 帧定界：数据链路层协议在数据帧中添加帧头和帧尾，进行定界操作，使接收方能正确解析数据帧。
3. 流量控制：数据链路层协议在传输数据的过程中，通过停止-等待协议、滑动窗口协议等方式，控制数据的发送速率，防止数据丢失或堆积。
4. 差错控制：数据链路层协议使用校验和、循环冗余检验等技术，检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
5. 介质访问控制：数据链路层协议负责管理多个设备共享同一物理链路的方法，如以太网中的CSMA/CD协议。
四、常见的低层协议1. 以太网协议：以太网协议是互联网中最常用的低层协议之一。
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3.2 物理层
➢ 功能特性
➢ 物理层的功能
✓ 在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。
➢ 连接方式（点到点，点到多点） ➢ 通信方式（单工，半双工，全双工） ➢ 位传输方式（串行，并行）
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3.2 物理层
物理层特性： ➢ 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引 线数目和排列、固定和锁定装置等等。 ➢ 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压 的范围。 ➢ 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表 示何种意义。 ➢ 规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出 现顺序。
电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接 连接的最大物理距离为15m（50英尺）。 最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用 MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间 最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在 码元畸变小于4%的前提下给出的。
现代通信网络
第3章 计算机网络底层协议
3.1 物理层 3.2 数据链路层 3.3ห้องสมุดไป่ตู้网络层 3.4 MPLS技术 3.5 网络互联
1
3.2 物理层
➢ 物理层的定义
✓ ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机械的、电气 的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数 据链路实体之间进行比特传输的物理连接。 ✓ 这种连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是 在物理层的。
（1）DB-25： PC和XT机采用DB-25型连接 器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4 组： ①异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2， 3，4，5，6，7，8，20，22 ②20mA电流环信号 9个（12，13，14，15， 16，17，19,23，24） ③空6个（9，10，11，18，21，25） ④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚） DB-25型连接器的外形及信号线分配如 左图所示。注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已 不支持。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 机械特性 ✓ 连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理 特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各 种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。 ✓ 下面分别介绍DB-25、 DB-9两种连接器。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
数据 控制 定时 地
✓ 主要定义各条物理线路的功能。 ✓ 线路的功能分为四大类：
➢ 规程特性
✓ 主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C ➢ 1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年 提出RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提 出RS-232-C。用于DTE/DCE之间的接口。 ➢ RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都 是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义 的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备 之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送 和接收。 ➢ PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接 口。
3
3.2 物理层
➢ 机械特性
✓ 主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连 接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。 ✓ 常用的标准接口
ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232-C，EIA RS366-A
ISO 2593，34芯连接器，V.35宽带MODEM ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449 ISO 4903，15芯连接器，X.20、X.21、X.22
右图中的左边是微机串行接口电路中的主 芯片UART，它是TTL器件，右边是EIARS-232C连接器，要求EIA高电压。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
远距离通信（传输距离大于15m的通
信）的例子，故一般要加调制解调器 MODEM，因此使用的信号线较多。 1、采用Modem(DCE)和电话网通信时 的信号连接： 若在双方MODEM之间采用普通电话交 换线进行通信，除了需要2～8号信号线 外还要增加RI(22号)和DTR(20号)两个 信号线进行联络，如图所示。 2、采用专用电话线通信： 在通信双方的MODEM之间采用电话线 进行通信，则只要使用2～8号信号线进 行联络与控制。不需要电话机、振铃信 号RI和DTR信号，其信号线的连接如图 那样。
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作业题： 1.物理层要解决什么问题？有哪些重要特性？ 2.光纤、同轴电缆、五类双绞线等是OSI模型中的物 理层吗？为什么？ 3.我们所学的课程中，哪些课程是为解决物理层的问 题？
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
电气特性 ➢ EIA-RS-232C对电器特性、逻 辑电平和各种信号线功能都作 了规定。 ➢ 在TxD和RxD上： 逻辑1(MARK)=-3V～-15V 逻辑0(SPACE)=+3～＋15V ➢ 在RTS、CTS、DSR、DTR和 上图显示了1488和1489的内部结构和引脚。 DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电 压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负 电压)=-3V～-15V
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C
（2）DB-9连接器 在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连 接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串 行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-9型连 接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与 配接DB-9型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆 线。
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-232-C 近距离通信：零Modem 的最简连线（3线制） 图是零MODEM方式的最简单连接（即三线连接）， 图中的2号线与3号线交叉连接是因为在直连方式时， 把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发 也可收。在这种方式下，通信双方的任何一方，只 要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就 能开始发送和接收。
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3.2 物理层
➢ 电气特性
✓ 规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹 配、传输速率和距离限制。 ✓ 早期的标准是在边界点定义电气特性，例如EIA RS232-C、V.28；最近的标准则说明了发送器和接受器的 电气特性，而且给出了有关对连接电缆的控制。
➢ CCITT 标准化的电气特性标准
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3.2 物理层
物理层实例：EIA RS-449/422-A/423-A
➢ RS-232 C的数据传输不能超过20 Kbps，同时电缆最大长度 不能超过15米。这大大限制了其应用能力。后来（1977年 ），EIA/TIA推出了一个新的标准：RS-449.如图所示。 ➢ 该标准的机械、功能和过程性由RS-449定义，电气接口由 两个不同的标准定义。一个标准是RS-423 A，它与RS-232 C相似，所有的电路共享一个公共地，称为非平衡传输（ unbalanced transmission）。 ➢ 另一个电气标准是RS-422 A，采用平衡传输（balanced transmission），无公共地。RS-422 A能在不超过60米长的 电缆上达到2Mbps的数据传输速率。