逻辑链路控制和适配层协议（L2CAP）

L2CAP 运行在 HCI 之上的 Host ，实现 Host 更高层（GAP、GATT、APP）和低层协议栈之间传输数据。

该层负责在 Host 和协议栈之间把交换的数据进行分割（ segmentation ）和重组（ reassembly ）以提供协议的多路处理能力。L2CAP 允许更高级别的协议和应用程序发送和接收高达 64KB（实际受限于蓝牙设备实际内存）的上层数据包（L2CAP 服务数据单元，SDU）。

图1. L2CAP 层数据传输示意图

注意：可能还是不太明白这里的 L2CAP，简单理解就是对上层协议数据多路处理，同时提供数据缓存以及重新拆包组包的能力。

I. L2CAP 术语

|术语|描述|
|---|:-----|
|L2CAP 通道|在对等设备中的两个端点之间的逻辑连，其特征在于它们的信道标识符（CID）|
|SDU 或 L2CAP SDU|服务数据单元：L2CAP 与上层交换的数据包，并使用本文档中规定的过程通过 L2CAP 通道透明传输|
|PDU 或 L2CAP PDU |协议数据单元：包含 L2CAP 协议信息字段，控制信息和/或上层信息数据的数据包|
|最大传输单位（MTU） |上层实体可以接受的有效载荷数据的最大大小（以八位字节为单位）（即，MTU 对应于最大 SDU 大小）。|
|最大 PDU 有效载荷大小（MPS） | L2CAP 层实体可以接受的八位字节中的有效负载数据的最大大小（即，MPS 对应于最大 PDU 有效载荷大小）。|

II. 最大传输单位（MTU）

蓝牙低功耗协议栈支持在链路层将 L2CAP PDU 分割（ segmentation ）和重组（ reassembly ）。这种分段允许 L2CAP 和构建在 L2CAP 之上的更高级协议（如属性协议 ATT ）使用更大的有效负载，从而减少与较大数据传输不断拆分开销。当使用分片时，较大的数据包直接被分割成多个链路层数据包，并由对等设备的链路层重新组合。

图2. L2CAP 分割重组数据包

L2CAP PDU 的大小决定了属性协议最大传输单元（ Attribute Protocol Maximum Transmission Unit ( ATT_MTU )）。默认情况下，LE 设备 L2CAP PDU 的大小为 27 字节，意味着在单个连接事件数据包可以传输的 LE 数据包的最大字节。在这种情况下，L2CAP 协议头为 4 字节，ATT_MTU 默认大小为 23 。

注意：图 2 所示的 L2CAP ATT_MTU_SIZE 支持最大长度 251 的配置，但受限于 BLE4.0/4.1 设备硬件 LL PDU 大小 27 字节。其实 L2CAP 在 Host 层进行分割和重组，Controller 依然按照最大长度 27 进行收发。升级的 CC2640R2F BLE4.2/5.0 LE Data Length Extension 直接使能 LL PDU 的 251 字节，实现了硬件上提高数据吞吐量。

III. 配置更大的 MTU

GATT Client 可以通过使用 GATT_ExchangeMTU（） 在连接期间请求更大的 ATT_MTU 。在此过程中，客户端请求服务器其最大支持的接收 MTU 大小，服务器回复其最大支持的接收 MTU 大小进行，只有客户端可以启动此过程。当成功交换该值后，ATT_MTU 是客户端 MTU 和服务器 MTU 值的最小值。如果客户端表示可以支持 200 字节的 MTU，并且服务器响应最大大小为 150 字节，该 ATT_MTU 连接的大小为 150 。

采取以下步骤配置协议栈以支持较大的 MTU 值：

1. 将应用程序项目中的 MAX_PDU_SIZE 预处理器符号设置为所需的值，以达到 L2CAP PDU 所需的最大大小。最大 ATT_MTU 大小总是比 MAX_PDU_SIZE 小 4 字节。
2. 在主从设备建立连接后，调用 GATT_ExchangeMTU()（仅限 GATT 客户端）。传递给此函数的 MTU 参数必须小于或等于步骤 1 GATT Servier 中的定义 ATT_MTU 。
3. 接收 ATT_MTU_UPDATED_EVENT 以验证 MTU 是否已成功更新，此更新要求调用已注册的 GATT 消息任务。

尽管可以将协议栈配置为支持 MAX_PDU_SIZE 最大 255 个字节，但每个低功耗蓝牙最初连接时都使用默认的 27 字节（ ATT_MTU = 23 字节），直到交换 MTU 过程中出现更大的 MTU。必须在每个蓝牙低功耗连接上执行交换 MTU 过程，且须由客户端发起。

注意：如果启用安全连接 BLE 4.2 功能，连接时默认的 MTU 大小为 69 。详情查看 ble_user_config.h。

增加 ATT_MTU 大小可以在单个 ATT 数据包中发送更多数据。单个数据包中发送的最长属性为（ ATT_MTU - 1 ）个字节。如果是通知，则有额外的长度限制。如果一个属性值的长度为 100 个字节，则得到整个属性需要读取请求来获取第一个（ ATT_MTU - 1 ）字节，然后是多个读取 blob 请求以获得后续（ ATT_MTU - 1 ）字节。如果传输整个 100 字节的有效载荷数据，默认 ATT_MTU 值为 23 字节，需要五个请求或响应过程，每个字节返回 22 个字节。如果执行了交换 MTU 过程，并且将 ATT_MTU 配置为 101 字节（或更大），则可以在单个读取请求或响应过程中读取整个 100 个字节。

注意：由于内存和处理的限制，并不是所有的蓝牙低功耗系统都支持更大的 MTU 尺寸。在定义系统的行为时，需要了解预期对等设备的功能。如果对等设备的能力未知，请设计系统使用默认的 27 字 L2CAP PDU/23 字节 ATT_MTU 大小。例如，发送长度大于 20 字节（ ATT_MTU - 3 ）字节的通知会导致在不支持较大 MTU 大小的设备上截断数据。

IV. L2CAP 通道

L2CAP 基于信道，信道的每个端点由信道标识符（ CID ）标识。有关 L2CAP 信道标识符的更多详细信息，请参阅蓝牙核心规范版本 5.0 的“信道标识符”部分（[第 3 卷，第 A 部分，第 2.1 节））。

信道可分为固定和动态信道。例如，通过 GATT 协议交换的数据使用信道 0x0004 。动态分配的 CID 以标识逻辑链路和本地端点。本地端点必须在 0x0040 到 0xFFFF 之间，该端点用于以下部分中描述的面向连接的 L2CAP 通道。

L2CAP 面向连接的通道（ CoC ）示例

蓝牙低功耗协议栈 SDK 提供 API 来创建 L2CAP CoC 通道，用于支持此功能的两个蓝牙低功耗设备之间双向传输数据，该功能默认在协议栈中启用。下图 3 显示了一个简单的连接，使用 L2CAP 面向连接的通道基于 LE 信用流量控制模式让数据在主机和从机之间交换。

图3. 主从机双向交换数据

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