11.3. 无线电与链路层

从 Python 的视角看，BLE 协议栈最底下的两层几乎完全是自动的——无线电芯片以及 MicroPython 运行其上的那些层，处理了从选择信道到重传丢失数据包的一切。它们所做的选择中，仍有三项会显现到面向用户的 API 中：功耗、范围和吞吐量。

11.3.1. 无线电

BLE 使用与 Wi-Fi、微波炉以及大多数其他短距离无线设备相同的 2.4 GHz 工业-科学-医疗（ISM）频段。该频段被划分为 40 个各 2 MHz 宽的信道。

• 40 个信道中的三个保留用于广播——向任何正在监听的设备宣告某设备存在的简短广播。它们在频段上彼此间隔较远，这样监听者可以快速扫过这三个信道，而且任一信道上的干扰也不太可能把设备完全挤出空中。

• 三十七个是数据信道。两台设备一旦连接，就在这些信道上交换数据包，按照双方在连接时约定好的伪随机序列在它们之间跳变。自适应跳频让任一方都能把某个信道标记为不良（严重的 Wi-Fi 干扰、微波炉、相邻的 BLE 网络），从而让序列跳过它。

2.4 GHz 频段上的 40 个 BLE 信道。三个用于广播，其余的在开放连接上承载流量。

无线电发送简短的数据包——最长不过几毫秒——并在其间休眠。正是这段休眠让该技术成为低能耗的。一个典型的 BLE 外设实际用于发送的时间远低于其全部时间的百分之一；其余时间里，无线电在两次计划事件之间处于断电状态。

11.3.2. 链路层

链路层是 BLE 中与另一台设备上的对应方对话的最小单元。它负责四项工作。

• 数据包分帧。每个数据包都带有一个简短的报头（信道接入地址、数据包长度、控制位）、一段载荷以及一个 CRC。接收方校验 CRC 并丢弃任何损坏的内容。

• 寻址。每台 BLE 设备都有一个 48 位的设备地址，用于在无线电上标识它。有些是公开的——制造商分配的硬件标识符，可被永久追踪。有些是随机的——在设备上生成、周期性轮换，并可选地加密，使得窃听者无法把两次传输关联到同一个物理硬件上。地址会在 广播与扫描 中再次出现。

• 连接调度。两台设备一旦连接，链路层就按跳频序列调度周期性的无线电事件——彼此相隔一个固定的连接间隔——并把上层 GATT 排队的任何数据打包进每一次事件。两端在事件之间都会回到休眠状态。连接间隔是应用可以请求的一个旋钮（参见 连接）。

• 可靠性。连接上的每个数据包都会被对方确认。链路层会重传任何未收到响应的内容，因此上层看到的是一条有序、无损的字节流。与网络一侧的 UDP —— 发出一个数据包，听天由命 不同，BLE 在正常使用中没有单独的不可靠模式——开放连接上的每个数据包都会一直重试，直到它送达或链路被判定丢失。

链路层也是加密运行的地方——一旦一对设备在配对期间约定了密钥（参见 配对与绑定）。加密链路上的每个数据包都会在接收端先被解密，上层才有机会看到它。

11.3.3. 摄像头与对端共享的内容

两端的无线电在连接时就一小组用于支配整个会话的参数达成一致：

• 连接间隔——两端多久醒来交换一次数据包，范围从 7.5 ms 到 4 s 不等。

• 外设延迟——如果外设无话可说，它最多可以跳过多少个连续间隔以节省功耗。

• 监督超时——当对方静默时，任一方在判定链路丢失之前要等待多久。

• MTU——任一方将交付给 GATT 的最大单个数据包（默认为 23 字节，可协商提高）。

无线电与链路层共同负责把可靠、有序的数据包从一台设备送到另一台，同时尽可能让两端的无线电保持关闭。上面的每一层都可以自由地表现得仿佛两个端点之间存在一条干净、私密的字节通道。

11.3.4. Python 对这一切看到了什么

几乎什么都看不到。bluetooth 和 aioble API 并不暴露信道、跳频序列、数据包 CRC 或重传定时器；这些全都在 BLE 端口和无线电内部处理。确实会显现出来的部分，是那些由连接时协商所暴露的——连接间隔、MTU、地址类型。