BLE 协议栈：ATT 协议详解

前言
一、定义
- [1、ATT 协议概述](#1、ATT 协议概述)
[二、ATT 协议架构](#二、ATT 协议架构)
- 1、协议栈位置
- [2、ATT 协议组成](#2、ATT 协议组成)
三、客户端/服务器模型
- 1、角色定义
- 2、角色与连接
- 3、角色转换
四、属性数据库
- 1、属性结构
- 2、句柄 (Handle)
- 3、类型 (Type/UUID)
- 4、权限类型
[五、ATT PDU 类型](#五、ATT PDU 类型)
- [1、PDU 分类](#1、PDU 分类)
- [2、请求 PDU](#2、请求 PDU)
- [3、响应 PDU](#3、响应 PDU)
- [4、命令 PDU](#4、命令 PDU)
- [5、通知/指示 PDU](#5、通知/指示 PDU)
- 6、错误响应
六、事务处理
- 1、事务类型
- 2、请求-响应事务
- 3、指示-确认事务
- 4、事务超时
七、命令队列
- 1、队列规则
- [2、Prepare Write 队列](#2、Prepare Write 队列)
[八、MTU 交换](#八、MTU 交换)
- [1、MTU 交换流程](#1、MTU 交换流程)
- [2、MTU 参数](#2、MTU 参数)
九、权限检查
- 1、权限检查流程
- 2、权限级别
十、数据格式
- [1、ATT PDU 通用格式](#1、ATT PDU 通用格式)
- [2、Opcode 结构](#2、Opcode 结构)
[十一、PDU 详解](#十一、PDU 详解)
- [1、Exchange MTU](#1、Exchange MTU)
- - - Request
    - Response
- [2、Find Information](#2、Find Information)
- - - Request
    - Response
- [3、Read Request](#3、Read Request)
- - - Request
    - Response
- [4、Write Request](#4、Write Request)
- - - Request
    - Response
十二、状态机
- [1、ATT 服务器状态机](#1、ATT 服务器状态机)

前言

ATT（Attribute Protocol，属性协议）是蓝牙核心规范中定义的核心协议之一，位于协议栈的「GATT」层之下、「L2CAP」层之上，专门负责属性数据的传输与管理。它采用经典的「客户端/服务器」模型，为蓝牙设备间的数据交互提供了规范化的操作框架，是低功耗蓝牙（BLE）数据交换不可或缺的基础协议。

一、定义

1、ATT 协议概述

中文名称：属性协议

英文名称：Attribute Protocol (ATT)

规范位置：Bluetooth Core Specification v5.2, Vol 3, Part F, Section 3

核心职责：

定义属性数据的传输机制，确保数据在客户端与服务器间可靠交换；
提供客户端/服务器交互模型，规范双方的角色与行为；
管理属性数据库的发现、读取、写入等操作，支持完整的服务发现流程；
支持通知和指示功能，实现服务器向客户端的异步数据推送。

前提条件：

ATT 连接已建立（两端设备已建立蓝牙连接）；
L2CAP 通道已配置（逻辑通道已就绪）；
MTU 已交换（双方已协商最大传输单元）。

依赖关系：

L2CAP 协议（Vol 3, Part A）------ 提供可靠的数据传输通道；
GATT 配置文件（Vol 3, Part G）------ 基于 ATT 构建的上层应用框架。

二、ATT 协议架构

1、协议栈位置

ATT 在蓝牙协议栈中的位置如下所示：
Bluetooth 协议栈
应用层
GATT/应用
ATT
L2CAP
Link Layer

2、ATT 协议组成

ATT 协议由三大核心组件构成，各自承担不同职责，协同完成属性数据的传输与管理：

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  ATT 协议架构                                                │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  属性数据库                                          │   │
│  │  - Handle                                            │   │
│  │  - Type (UUID)                                       │   │
│  │  - Value                                             │   │
│  │  - Permissions                                       │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  ATT 操作                                            │   │
│  │  - 请求/响应                                         │   │
│  │  - 命令                                               │   │
│  │  - 通知/指示                                         │   │
│  │  - 确认                                               │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                             │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  事务管理                                            │   │
│  │  - 命令排队                                          │   │
│  │  - 超时处理                                          │   │
│  │  - 错误处理                                          │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

三、客户端/服务器模型

1、角色定义

ATT 协议采用经典的「客户端/服务器」架构，双方职责明确：

角色	英文	职责
ATT 服务器	ATT Server	存储和管理属性数据库，响应客户端请求
ATT 客户端	ATT Client	访问和操作属性数据库，发起各类请求

2、角色与连接

ATT 请求
ATT 响应
通知
订阅
ATT Client
ATT Server
GATT Client

3、角色转换

在不同的连接阶段，设备的角色可能发生转换：

连接阶段	GATT 客户端	GATT 服务器
连接建立	发起方	接受方
服务发现	客户端	服务器
数据交换	双方均可	双方均可
断开连接	任意一方	任意一方

四、属性数据库

1、属性结构

ATT 服务器中的每一个属性由四个核心字段组成：

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  属性 (Attribute)                                           │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Handle (句柄)                                       │   │
│  │  - 长度: 2 字节                                     │   │
│  │  - 范围: 0x0001-0xFFFF                            │   │
│  │  - 说明: 属性的唯一标识                             │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Type (类型)                                         │   │
│  │  - 长度: 2 或 16 字节                              │   │
│  │  - 格式: UUID-16 或 UUID-128                       │   │
│  │  - 说明: 标识属性的语义                             │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Value (值)                                          │   │
│  │  - 长度: 0-512 字节 (取决于 MTU)                   │   │
│  │  - 说明: 属性的实际数据                             │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Permissions (权限)                                 │   │
│  │  - 访问权限                                         │   │
│  │  - 认证要求                                         │   │
│  │  - 授权要求                                         │   │
│  │  - 加密要求                                         │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2、句柄 (Handle)

句柄是属性在服务器数据库中的唯一标识符：

属性	说明
句柄范围	0x0001 - 0xFFFF
句柄 0x0000	无效句柄
句柄递增	句柄按顺序递增
句柄间隙	可能存在未使用的句柄

3、类型 (Type/UUID)

UUID 类型	长度	说明
UUID-16	2 字节	蓝牙 SIG 定义的标准 UUID
UUID-128	16 字节	厂商自定义 UUID

4、权限类型

权限类型	说明
可读	Read Permission
可写	Write Permission
认证	Authentication Required
授权	Authorization Required
加密	Encryption Required
最小密钥长度	Minimum Encryption Key Size

五、ATT PDU 类型

2、请求 PDU

Opcode	请求名称	说明
0x02	Exchange MTU Request	交换 MTU
0x04	Find Information Request	查找信息
0x06	Find By Type Value Request	按类型值查找
0x08	Read By Type Request	按类型读取
0x0A	Read Request	读取
0x0C	Read Blob Request	读取部分
0x0E	Read Multiple Request	读取多个
0x10	Read By Group Type Request	按组读取
0x12	Write Request	写入
0x16	Prepare Write Request	准备写入
0x18	Execute Write Request	执行写入

3、响应 PDU

Opcode	响应名称	对应请求
0x03	Exchange MTU Response	Exchange MTU Request
0x05	Find Information Response	Find Information Request
0x07	Find By Type Value Response	Find By Type Value Request
0x09	Read By Type Response	Read By Type Request
0x0B	Read Response	Read Request
0x0D	Read Blob Response	Read Blob Request
0x0F	Read Multiple Response	Read Multiple Request
0x11	Read By Group Type Response	Read By Group Type Request
0x13	Write Response	Write Request
0x17	Prepare Write Response	Prepare Write Request
0x19	Execute Write Response	Execute Write Request

4、命令 PDU

Opcode	命令名称	说明
0x52	Write Command	无响应写入
0xD2	Signed Write Command	签名写入

5、通知/指示 PDU

Opcode	PDU 名称	说明
0x1B	Handle Value Notification	值通知（无需确认）
0x1D	Handle Value Indication	值指示（需要确认）
0x1E	Handle Value Confirmation	值确认

6、错误响应

Opcode	名称	说明
0x01	Error Response	错误响应

六、事务处理

1、事务类型

ATT 协议支持四种不同的事务类型，各有不同的可靠性保证：

事务类型	说明	可靠性
请求/响应	客户端发起，服务器响应	可靠
命令	客户端发起，无响应	不可靠
通知	服务器发起，无确认	不可靠
指示	服务器发起，需要确认	可靠

2、请求-响应事务

Server Client Server Client 启动 Response Timeout 停止超时 Response Timeout 重试或放弃 alt [成功响应] [错误响应] [超时] Request PDU Success Response Error Response

3、指示-确认事务

Server Client Server Client 启动 Indication Timeout 确认收到 Handle Value Indication Handle Value Confirmation

4、事务超时

超时类型	默认值	说明
Response Timeout	30 秒	等待响应超时
Indication Timeout	30 秒	等待确认超时

七、命令队列

1、队列规则

规则	说明
顺序执行	命令按发送顺序执行
队列限制	Prepare Write 队列有大小限制
队列清空	Execute Write 执行或取消

2、Prepare Write 队列

Server Client Server Client 准备写入队列队列: [Part 1] 队列: [Part 1, Part 2] 队列: [Part 1, Part 2, Part 3] 队列: [] 队列: [] alt [执行写入] [取消写入] Prepare Write Prepare Write Response Prepare Write Prepare Write Response Prepare Write Prepare Write Response Execute Write (Execute) Execute Write Response Execute Write (Cancel) Execute Write Response

八、MTU 交换

1、MTU 交换流程

Server Client Server Client 客户端 MTU = 512 clientRxMTU = 512 服务器 MTU = 517 serverRxMTU = 517 协商后 MTU = min(512, 517) = 512 Exchange MTU Request Exchange MTU Response

2、MTU 参数

参数	范围	默认值	说明
LE MTU	23-65535	23	LE 连接的 MTU
BR/EDR MTU	48-65535	48	BR/EDR 连接的 MTU

九、权限检查

1、权限检查流程

读取
是
否
是
否
是
否
写入
是
否
是
否
是
否
收到请求
权限检查
可读?
需要认证?
返回错误
已认证?
执行读取
可写?
需要认证?
已认证?
执行写入

2、权限级别

级别	缩写	说明
Open	-	无限制
Authentication Required	AUTH	需要认证
Authorization Required	AUTH +/AUZ	需要授权
Encryption Required	ENC	需要加密

十、数据格式

1、ATT PDU 通用格式

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  ATT PDU                                                    │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Opcode (1 字节)                                     │   │
│  │  - 长度: 1 字节                                     │   │
│  │  - 说明: 命令类型标识                                │   │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Parameters (可变)                                    │   │
│  │  - 长度: 取决于 Opcode                              │   │
│  │  - 内容: 操作特定参数                               │   │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2、Opcode 结构

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode 结构                                                │
│  ┌──────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │  Bit 7      │  Bit 6      │  Bits 5-0              │   │
│  │  (Command)  │  (Auth Sig) │  (Method)              │   │
│  └──────────────────────────────────────────────────────┘   │
│                                                             │
│  Bit 7: Command Flag                                       │
│  - 0: 请求/响应/通知/指示                                 │
│  - 1: 命令                                                │
│                                                             │
│  Bit 6: Authentication Signature Flag                      │
│  - 0: 无认证签名                                          │
│  - 1: 包含认证签名                                        │
│                                                             │
│  Bits 5-0: Method                                          │
│  - 操作方法代码                                           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

十一、PDU 详解

1、Exchange MTU

Request

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x02 (1 字节)                                    │
│  Client Rx MTU = 客户端最大接收 MTU (2 字节)              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Response

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x03 (1 字节)                                    │
│  Server Rx MTU = 服务器最大接收 MTU (2 字节)              │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

2、Find Information

Request

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x04 (1 字节)                                    │
│  Starting Handle = 起始句柄 (2 字节)                       │
│  Ending Handle = 结束句柄 (2 字节)                         │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Response

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x05 (1 字节)                                    │
│  Format = 格式标识 (1 字节)                                 │
│  │  0x01: UUID-16                                        │
│  │  0x02: UUID-128                                       │
│  Information Data = 信息数据 (可变)                        │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

3、Read Request

Request

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x0A (1 字节)                                    │
│  Handle = 属性句柄 (2 字节)                                 │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Response

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x0B (1 字节)                                     │
│  Value = 属性值 (可变)                                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

4、Write Request

Request

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x12 (1 字节)                                     │
│  Handle = 属性句柄 (2 字节)                                 │
│  Value = 属性值 (可变)                                       │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

Response

复制代码

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  Opcode = 0x13 (1 字节)                                     │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

十二、状态机

1、ATT 服务器状态机

初始化
连接建立
收到请求
请求完成
发送指示
收到确认
连接断开
连接断开
Idle
Ready
Processing
Busy

BLE 协议栈：ATT 协议详解

BLE 协议栈：ATT 协议详解

前言

一、定义

1、ATT 协议概述

二、ATT 协议架构

1、协议栈位置

2、ATT 协议组成

三、客户端/服务器模型

1、角色定义

2、角色与连接

3、角色转换

四、属性数据库

1、属性结构

2、句柄 (Handle)

3、类型 (Type/UUID)

4、权限类型

五、ATT PDU 类型

1、PDU 分类

2、请求 PDU

3、响应 PDU

4、命令 PDU

5、通知/指示 PDU

6、错误响应

六、事务处理

1、事务类型

2、请求-响应事务

3、指示-确认事务

4、事务超时

七、命令队列

1、队列规则

2、Prepare Write 队列

八、MTU 交换

1、MTU 交换流程

2、MTU 参数

九、权限检查

1、权限检查流程

2、权限级别

十、数据格式

1、ATT PDU 通用格式

2、Opcode 结构

十一、PDU 详解

1、Exchange MTU

Request

Response

2、Find Information

Request

Response

3、Read Request

Request

Response

4、Write Request

Request

Response

十二、状态机

1、ATT 服务器状态机