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7.1 前言
经过
Physical Layer
的定义，通信所需的物理通道已经okay了，即40个
RF Channel
（后面统一使用
Physical Channel
指代）
此时
Link Layer
可以粉墨登场了，它主要的功能，就是在这些
Physical Channel
上收发数据，与此同时，不可避免的需要控制RF收发相关的参数。除此之外，还要做到：
Physical Layer仅仅提供了有限的40个Physical Channel，而BLE中参与通信的实体的数量，肯定不是这个数量级。Link Layer需要解决Physical Channel的共享问题- 通信是两个实体之间的事情，对这两个实体来说，它们希望看到一条为自己独享的传输通道（就是我们所熟悉的逻辑链路，
Logical Link）。这也是Link Layer需要解决的 Physical Channel是不可靠的，任何数据传输都可能由于干扰等问题而损毁、丢失，这对有些应用来说，是接受不了的。因此Link Layer需要提供校验、重传等机制，确保数据传输的可靠性；
7.2 状态（state）和角色（role）的定义
BLE协议在
Link Layer
层抽象出5种状态：
- Standby State：待机状态，不发送数据，也不接收数据。该状态可以由任何状态进入，也可以切换到除
Connection状态外的任意一种状态。 - Advertising State：广播状态，可以发送，监听，响应广播通道包，由Standby状态进入。
- Scanning State：扫描状态，能够监听广播设备发送的广播包，由Standby状态进入。
- Initiating State：初始化状态，监听指定设备的广播通道包，并且响应广播包，并发送连接请求，以便和广播设备建立连接。当连接成功后，
Initiater和对应的Advertiser都会切换到Connection状态。该状态由Standby状态进入。 - Connection State：和某个实体建立了单独通道的状态，在通道建立之后，由
Initiating State或Advertising State进入。通道断开后，会重新回到Standby状态。
进入
Connect State
后，又定义了两种角色：
- Master Role：由
Initiating State进入的Connect State，连接成功后，变成了Master Role。 - Slave Role：由
Advertising State进入的Connect State，连接成功后，变成了Slave Role。
7.3 空中接口数据包
该章节官方文档定位：
Core5.0 P2562
状态和角色定义完成后，剩下的事情就简单了，主要包括两类：
- 提供某一状态下，和其它实体对应状态之间的数据交换机制；
- 根据上层实体的指令，以及当前的实际情况，负责状态之间的切换。
BLE
协议中，这些事情是由一个叫做空中接口数据包
（Air Interface Packets）
的家伙负责。
Air Interface Packets定义了一种包的格式，主要用于描述
LE Uncoded PHY
、
advertising channel
和
data channel
的通信格式。
包的格式如下：
7.3.1 Preamble字段
Preamble
前导码：是0和1的交替序列，当物理通道为
LE 1M PHY
时，前导码为
1Byte
；当前导码为
LE 2M PHY
时，前导码为
2Byte
。
格式如下：
7.3.2 Access Address字段
Access Address
：对于所有在广播通道发送的数据包，其值都为
0x8E89BED6
。一旦链路层处于Initiating State状态时，会生成一个新的
Access Address
用于连接。该
Access Address
为一个
4Byte
的值。
蓝牙使用
Access Address
来标识不同的设备，Access Address可以是一个公共的地址，也可以是一个随机的地址，无论是哪一种类型的地址，均为
48bits
长度。
- 公共地址：官方定义的一些规范，通用的地址，这里不做解释。
- 随机地址：可能是静态地址，或者是私有地址。
7.3.2.1 静态地址
静态地址一般都是随机生成的，但是需要满足下面的几点规则：
- 地址的两个最高有效位应该等于1
- 随机地址部分，至少有一位为0
- 随机地址部分，至少有一位为1
大多数的设备（手机）都是在上电之后，初始化一次静态地址，一旦初始化后，静态地址就不变了；重新上电后，会生成新的静态地址。
7.3.2.2 私有地址
私有地址又分为：不可解析私有地址和可解析的私有地址。
① 不可解析的私有地址
不可解析私有地址，遵守以下生成规则：
- 地址的两个最高有效位应该等于0
- 随机地址部分，至少有一位为0
- 随机地址部分，至少有一位为1
- 不能与公共地址有冲突
② 可解析的私有地址
可解析的私有地址，说直白点就是带加密算法所生成的。设备需要有
Local Identity Resolving Key (IRK)
或者
the Peer Identity Resolving Key (IRK)
这两个密钥，生成
24bit
的号码，
可解析的私有地址，遵守以下规则：
- 地址的两个最高有效位为0和1
- 随机地址部分，至少有一位为0
- 随机地址部分，至少有一位为1
总结：最高有效位的前两位，代表了设备地址的类型
7.3.3 PDU字段
Air Interface Packets
整体的包结构我们已经熟知，下面主要分析以下
PDU
字段。
PDU
：分为两种，广播通道上传输
Advertising Channel PDU
；数据通道上传输
Data Channel PDU
，长度为
2-257
字节
7.3.3.1 Advertising Channel PDU
**广播通道
PDU
，包括
Advertising PDU
、
Scanning PDU
、
Initiating PDU
三种类型。**
广播通道的
PDU
，由
16bit
的数据头和
1-255Byte
的可变大小数据组成。
**
16bit
数据头组成如下**：
- PDU Type字段的类型有多种，如下：
PDU Type有多种，文章定位：
core 5.0 P2567，可自行查阅。
ChSel：该位为1，支持LE Channel Selection Algorithm，即LE通道选择算法，反之，不支持。TxAdd：该位为0，表明Payload的AdvA字段为公共的；该位为1，表明Payload的AdvA字段为随机的。Length：该字段表明了Payload的长度
官方文档定位：
core 5.0 P2569
**常见的
Advertising PDU
有**：
- ADV_IND：该PDU用于连接和扫描无定向的广播事件。
- ADV_DIRECT_IND：该PDU用于连接和扫描定向的广播事件。
- ADV_NONCONN_IND：该PDU用于不可连接和不可扫描的非定向广播事件
**常见的
Scaning PDU
有**：
- SCAN_REQ：该PDU为发送扫描请求
- SCAN_RSP：该PDU包括了广播者的地址和返回的扫描响应数据。
**常见的
Initiating PDU
有**：
- CONNECT_IND：该PDU用于建立连接
LLData域有对应了一些链路层参数的设置，可以详细看
Core 5.0 P2578
**每一种
PDU Type
，都会定义自己的
Payload
组成。**
7.3.3.2 Data Channel PDU
数据通道PDU的格式，包括16bit的
Header
，可变大小的
Payload
，以及消息完整性检查
MIC
.
包的格式如下：
Header包括
LLID
：该字段标识了这个包为
LL Data PDU
或者
LL Control PDU
NESN
：下次期望的序列号
根据
LLID
字段，
Data Channel PDU
又分为
LL Data PDU
和
LL Control PDU
两种类型。
- LL Data PDU：该PDU用于发送链路层的数据。
当
LLID
为
01b
时，并且
Length=0
时，表示一个
Empty PDU
。
当
LLID
为
10b
时，则Length不能设置为0。
- LL Control PDU：该PDU用于控制链路层的连接。
Opcode操作码也有多种：
每一种操作码对应不同的数据长度。详细可见
core5.0 P2589
7.3.4 CRC字段
CRC
字段：在链路层包的最后，校验所有的
PDU
数据，大小长度为
3Byte
。
如果PDU数据加密，则CRC将会计算加密后的PDU数据。
CRC算法采用多项式求和的形式进行，感兴趣的可以了解。
Core 5.0 P2601
7.4 总结
本篇主要讲了
BLE
的
Link Layer
，包括链路层定义的角色和状态，空中接口数据包的通信格式以及各个字段的含义，方便我们去分析
LOG
和定位问题。
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