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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，还要做到以下几个功能：
- 通道共享：
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 - 抽象出逻辑链路：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 - 可靠传输：
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；
下面我们来仔细研究一下链路层的那些事！
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。
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：
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：
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。
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。
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
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。
上面我们也知道，
Physical Layer将通道分为广播通道和数据通道，那么Link Layer也随之对应划分了两种PDU类型。
PDU（Package Data Unit）：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。
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。
16bitHeader字段组成如下：
- 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
Payload字段组成如下：
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
综上可见，每一种PDU Type，都会定义自己的Payload组成。
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，以及可选的消息完整性检查MIC字段。
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
Payload字段组成如下：
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
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
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。
说了这么多，也不知道大家有没有理解透彻，为了更直观的感受到链路层的数据包的结构，我总结了一个字段图，希望能帮助大家理解透彻！
