连接建立之后，BLE通信便从广播信道切换到了数据物理信道。数据物理信道（Data Physical Channel）PDU是蓝牙通信中的核心组成部分，它负责在已建立的连接上高效、可靠地传输数据。
本文将深入拆解数据物理信道PDU的结构，并解释它是如何通过精巧的头部设计，实现对数据（LL Data PDU）和控制（LL Control PDU）的统一承载与管理。
1. 数据包 vs. 广播包
在BLE链路层中，无论哪种类型的空中包（Air Interface Packet），其外层结构都是一致的：前导码（Preamble）、接入地址（Access Address）、PDU和CRC。然而，正是接入地址（Access Address） 这个字段，决定了这个包是发给所有人的"广播包"，还是只给特定对象的"数据包"。
-
广播包 ：接入地址是固定值
0x8E89BED6，主要在3个广播信道（37、38、39）上传输，用于设备发现和广播数据。 -
数据包 ：接入地址是一个32位的随机值 ，由连接发起方（Initiator）在建立连接时生成，并在数据信道（除37/38/39外的其余37个信道）上传输。每建立一次连接，这个接入地址都会重新生成，确保了连接的隐私性和唯一性。
一旦连接建立，通信双方便开始在数据信道上交换数据包。这时，PDU本身的结构就决定了它承载的是用户数据还是链路层控制信息。
2. PDU的整体结构
数据物理信道PDU由头部（Header） 、可变长度的有效载荷（Payload） ，以及可选的消息完整性检查（MIC） 字段组成。其头部可能是16位或24位，这取决于是否包含CTEInfo字段。
3. PDU头部（Header）
数据PDU头部的核心是16位（2字节） 的固定部分，之后可能紧跟着可选的CTEInfo字段。这16位的布局如下：
各字段含义如下：
| 字段 | 位数 | 描述 |
|---|---|---|
| LLID | 2 bits | 链路层标识符，这是最关键的字段，用于区分有效载荷的类型。 |
| NESN | 1 bit | 下一个期望的序列号，用于实现ACK和重传双重功能。 |
| SN | 1 bit | 序列号，用于区分是新数据包还是重传包。 |
| MD | 1 bit | 更多数据，指示发送端是否还有数据要发。 |
| CP | 1 bit | CTEInfo是否存在，为1时表示头部后紧跟CTEInfo字段。 |
| RFU | 2 bits | 保留供未来使用。 |
| Length | 8 bits | 有效载荷长度，范围0-255字节，但有效载荷实际最长251字节。 |
| CTEInfo | 8bits | 指示恒音扩展的类型及长度 |
3.1 LLID：区分"数据"与"控制"的关键
LLID（链路层标识符）决定了有效载荷的解析方式。根据LLID的值，数据物理信道PDU的有效载荷可以分为两种类型：
| LLID值 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
01 |
LL Data PDU | L2CAP消息的延续片段（Continuation fragment），或空PDU。 |
10 |
LL Data PDU | L2CAP消息的起始片段（Start of L2CAP message），或完整的非分片消息。 |
11 |
LL Control PDU | 链路层控制PDU，包含各种控制命令。 |
- LL Data PDU
当头部中 LLID 字段设为0b10时，LL数据PDU的长度字段不得设为0，也不得设为小于4的值。
- LL Control PDU
由Opcode和CtrData字段组成。对于给定的opcode，CtrData字段的长度是固定的。
其中Opcode包括：
3.2 NESN/SN：无额外ACK包的ARQ重传机制
BLE链路层通过NESN和SN两个1-bit字段，巧妙地实现了确认（ACK）和重传（Retransmission）的双重功能，而无需专门的ACK包。
-
SN（Sequence Number） ：发送端使用。每发送一个新的 数据包，
SN翻转一次（0→1或1→0）。如果重传，SN保持不变。 -
NESN（Next Expected Sequence Number） ：接收端使用。接收端通过
NESN告诉发送端，它期望 收到的下一个数据包的SN值。
其工作原理如下：
-
发送端发送 ：发送一个
SN=X的数据包。 -
接收端回复 ：如果成功收到，接收端在回复包中将
NESN设置为1-X（即期望下一个SN为1-X）。如果没收到，则NESN保持为X。 -
发送端判断 ：发送端检查收到的回复包中的
NESN：-
如果
NESN == 1-X，说明包已成功接收，SN翻转，发送新包。 -
如果
NESN == X，说明包未被接收，SN不变，重传该包。
-
工作流如下图所示：
3.3 MD：让一个连接事件传输多个数据包
MD（More Data）位用于实现在一个连接事件（Connection Event）中传输多个数据包。
当一个设备还有数据要发送时，它会在当前数据包的头部将MD位置为1。接收端看到MD=1后，会继续保持射频窗口打开并回复一个包（可能是空包），从而允许发送端继续发送下一个数据包。这大大提高了单个连接事件内的数据吞吐量。
3.4 CP与CTEInfo：为"方向定位"预留的接口
CP（CTEInfo Present）位指示头部之后是否紧跟着一个CTEInfo（恒定音调扩展信息）字段。
-
CP=0：头部为16位，不包含CTEInfo字段，数据包也没有恒定音调扩展。 -
CP=1：头部扩展为24位，包含CTEInfo字段，并且数据包会包含恒定音调扩展（CTE）。
这个设计为蓝牙5.1引入的到达角（AoA）和离开角（AoD） 等高精度定位功能提供了支持。
4. 数据长度扩展（DLE）
在蓝牙4.2之前，数据信道PDU的有效载荷最大仅为27字节 。蓝牙4.2引入了数据长度扩展（Data Length Extension, DLE） 功能，将这一限制提升至251字节。
DLE通过LL_LENGTH_REQ和LL_LENGTH_RSP等控制PDU进行协商，允许连接双方动态调整各自发送和接收的最大数据包长度。这一特性显著提升了BLE的数据吞吐量。
5. 总结
数据物理信道PDU是BLE连接通信的基石。它的设计体现了极简与高效的哲学：
-
统一的头部设计 ：通过
LLID一个字段，优雅地区分了"数据"与"控制"两种截然不同的使命。 -
无额外开销的ARQ ：利用
NESN和SN两个1-bit字段，在不增加额外ACK包的情况下，实现了可靠的数据传输。 -
灵活的扩展性 ：
CP位和CTEInfo字段为高级功能（如方向定位）预留了接口，而Length字段的扩展（DLE）则让BLE能够适应更高吞吐量的应用场景。
掌握了数据物理信道PDU的结构，就理解了BLE连接通信的核心运作机制。无论是应用数据的传输，还是连接参数的更新，都建立在这个精巧的PDU格式之上。