蓝牙数据包从底层到应用层协议一层套一层

下面给你最简短、最清晰、最准确的蓝牙协议栈按层说明 ------ 从硬件 → 内核 → 用户空间 → 应用程序 ，附带每一层的协议格式 + 层层封装关系。

bash 复制代码

sudo btmon 命令结果： 

> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 9                   #4 [hci0] 37.417566
      ATT: Write Request (0x12) len 4
        Handle: 0x0029
          Data[2]: 0000
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Handl.. flags 0x00 dlen 5  #5 [hci0] 37.417793
      ATT: Write Response (0x13) len 0
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5      #6 [hci0] 37.476344
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1





> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 9                   #7 [hci0] 59.713568
      ATT: Write Request (0x12) len 4
        Handle: 0x0029
          Data[2]: 0100
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Handl.. flags 0x00 dlen 5  #8 [hci0] 59.713810
      ATT: Write Response (0x13) len 0
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5      #9 [hci0] 59.772533
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1






> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 9                  #10 [hci0] 74.297554
      ATT: Write Request (0x12) len 4
        Handle: 0x0029
          Data[2]: 0100
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Hand.. flags 0x00 dlen 5  #11 [hci0] 74.297732
      ATT: Write Response (0x13) len 0
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5     #12 [hci0] 74.356721
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1
> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 9                  #13 [hci0] 99.144558
      ATT: Write Request (0x12) len 4
        Handle: 0x0029
          Data[2]: 0100
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Hand.. flags 0x00 dlen 5  #14 [hci0] 99.144798
      ATT: Write Response (0x13) len 0
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5     #15 [hci0] 99.202976
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1
> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 9                  #16 [hci0] 99.894540
      ATT: Write Request (0x12) len 4
        Handle: 0x002c
          Data[2]: 0100
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Hand.. flags 0x00 dlen 5  #17 [hci0] 99.894754
      ATT: Write Response (0x13) len 0
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5     #18 [hci0] 99.953187
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1
> ACL Data RX: Handle 3 flags 0x02 dlen 7                 #19 [hci0] 102.145559
      ATT: Read Request (0x0a) len 2
        Handle: 0x0028
bluetoothd[2062]: < ACL Data TX: Ha.. flags 0x00 dlen 15  #20 [hci0] 102.147473
      ATT: Read Response (0x0b) len 10
        Value[10]: 696e69742076616c7565
> HCI Event: Number of Completed Packets (0x13) plen 5    #21 [hci0] 102.203859
        Num handles: 1
        Handle: 3
        Count: 1





> HCI Event: LE Meta Event (0x3e) plen 6                  #22 [hci0] 121.049424
      LE PHY Update Complete (0x0c)
        Status: Success (0x00)
        Handle: 3
        TX PHY: LE 1M (0x01)
        RX PHY: LE 2M (0x02)
> HCI Event: LE Meta Event (0x3e) plen 6                  #23 [hci0] 122.699915
      LE PHY Update Complete (0x0c)
        Status: Success (0x00)
        Handle: 3
        TX PHY: LE 2M (0x02)
        RX PHY: LE 2M (0x02)

✅ 1. Bluetooth Controller（硬件）

位置：蓝牙芯片（Nordic / Broadcom / CSR / Intel）

软件层不存在，这里只有 Link Layer + Radio PHY：

协议格式：LL PDU（链路层 PDU）

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┌──────────────┐
│  Link Layer   │   (Connection, Advertising)
└──────────────┘
┌──────────────┐
│  PHY (RF)     │   (1M, 2M, Coded PHY)
└──────────────┘

硬件执行：

发射/接收 BLE 无线电帧（LL PDU）
加密/解密
信道跳频
广播、扫描、连接管理

✅ 2. 内核 (Kernel) -- HCI 层

位置：Linux 内核 BlueZ 内核模块

硬件 → 内核之间通过 HCI 协议（主机控制接口） 通信。

协议格式：HCI Packet

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┌──────────────────────────────┐
│ HCI Command (Host → Controller) │
│ HCI Event   (Controller → Host) │
│ HCI ACL Data                     │
└──────────────────────────────┘

例：

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HCI Command: LE Set Advertising Enable
HCI Event: LE Connection Complete

这三个是 蓝牙协议栈 HCI 层里最核心的三类数据通道，它们的作用完全不同：

🔹1. HCI Command（主机 → 控制器）

方向：从 Host（操作系统/协议栈）发给 Controller（蓝牙芯片）。
作用：下达控制指令，配置和管理蓝牙硬件。
典型用途 ：
- 打开/关闭适配器
- 设置扫描参数
- 发起连接请求
- 配对、加密、功耗模式切换
特点：命令是"控制面"的操作，不承载用户数据。

🔹2. HCI Event（控制器 → 主机）

方向：从 Controller 返回给 Host。
作用：反馈命令执行结果，报告状态或异步事件。
典型用途 ：
- 命令完成/失败通知
- 发现新设备（Inquiry Result）
- 连接建立/断开事件
- 错误码、状态更新
特点：事件是"通知面"，告诉主机硬件发生了什么。

🔹3. HCI ACL Data（异步连接链路数据）

方向：双向（Host ↔ Controller）。
作用：传输实际的用户数据包（L2CAP 层数据）。
典型用途 ：
- 音频流（A2DP）
- 文件传输（OBEX）
- HID 键盘鼠标数据
特点：这是"数据面"，真正承载应用层的蓝牙数据。

🔹整体关系

Command：主机下达指令 → 控制器执行。
Event：控制器反馈结果 → 主机获知状态。
ACL Data：双方传输实际数据 → 用户应用得以工作。

可以把它类比成网络协议里的三层：

Command = 控制报文（像 TCP 的 SYN/ACK 控制）
Event = 状态反馈（像 ICMP 或 ACK）
ACL Data = 用户数据（像 TCP/UDP payload）

✅ 总结：

Command：主机发指令控制硬件。
Event：硬件返回状态和通知。
ACL Data：双方传输实际业务数据。

内核负责：

控制蓝牙芯片
收发 ACL（数据）和 SCO（音频）包
向 bluetoothd 暴露 "hci0" 设备

✅ 3. 内核 (Kernel) -- L2CAP 层

位置：仍然在内核 BlueZ 驱动里

协议格式：L2CAP PDU

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┌──────────────────────────┐
│ L2CAP Header (CID, Len)  │
│ Payload (ATT / SMP / etc)│
└──────────────────────────┘

用途：

多路复用 ACL Data
GATT、SMP 全都通过 L2CAP 传输

✅ 4. 用户空间 -- bluetoothd（BlueZ 守护进程）

位置：用户空间进程 /usr/lib/bluetooth/bluetoothd

它负责：

GATT（ATT 解释器）
配对（SMP）
Profile（HID/A2DP/GATT Server）
与内核通信（通过 MGMT socket）
提供 DBus API 给应用程序

协议格式：ATT / GATT

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┌──────────────────┐
│ ATT PDU           │  (Read, Write, Notify)
└──────────────────┘
┌──────────────────┐
│ GATT Attribute    │  (Service, Characteristic)
└──────────────────┘

例：

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ATT: Read By Type Request
ATT: Write Request

✅ 5. 用户空间 -- BlueZ MGMT（管理协议）

协议格式：MGMT Command / Event（Linux 专用）

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MGMT Event: Device Connected
MGMT Command: Set Advertising

用于：

bluetoothd ←→ 内核通信
设置控制器状态（开关机、配对、广告参数等）

✅ 6. 用户应用层 -- App（Python/C++/ROS/etc）

通过 DBus API 或 GATT 直接操作：

gatttool（旧）
bluetoothctl
C/C++ BlueZ API
Python BlueZ / Bleak / PyBluez
Android/iOS 应用

应用不直接接触 HCI，只操作 GATT 服务。

协议格式取决于使用的 API：

应用层数据格式：

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GATT Characteristics Value（字节流）
GATT Notifications
DBus messages (properties, methods)

📌 蓝牙协议封装关系（从上到下）

✔ 应用发送一个"写入 GATT 特征值"

实际流程如下：

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App (GATT Write Value)
     ↓
bluetoothd 生成 ATT Packet
     ↓
ATT PDU
     ↓
封装进 L2CAP PDU
     ↓
封装进 HCI ACL Data
     ↓
封装成 LL Data PDU（由硬件发送）
     ↓
无线电发送

逐层封装结构（最关键！）

复制代码

LL PDU
└─来自 HCI ACL Data
    └─来自 L2CAP PDU
         └─来自 ATT PDU
              └─来自 应用程序的 GATT 请求

📌 蓝牙协议拆解关系（从下到上）

设备接收到 BLE 数据：

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Radio PHY → LL PDU
        → HCI ACL Data (Kernel)
            → L2CAP
                → ATT
                    → GATT 事件
                        → DBus 回调到 App

📌 终极简化总结（最短版本）💡

蓝牙层顺序（从硬件到应用）

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PHY（物理层）
LL（链路层）
HCI（主机控制接口） ← 内核
L2CAP（逻辑链路）    ← 内核
ATT/GATT（属性层）   ← bluetoothd
Application（App）   ← 用户空间

数据封装顺序：

复制代码

App → GATT → ATT → L2CAP → HCI → LL → AIR

数据接收顺序：

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AIR → LL → HCI → L2CAP → ATT → GATT → App

如果你愿意，我可以继续画：

📌 蓝牙完整数据报文结构图（LL/HCI/L2CAP/ATT 全层解剖）

📌 btmon 日志逐层对应关系（你看到的每条日志来自哪一层）

📌 BlueZ 源码位置（kernel, bluetoothd, GATT 实现函数）

要哪个？