經(jīng)典藍牙抓包解析說明

在無線通信協(xié)議的開發(fā)過程中，抓包器是工程師們不可或缺的工具。掌握抓包器的使用，就如同擁有了能夠洞察無線電波的“火眼金睛”。這不僅使我們能夠驗證發(fā)出的數(shù)據(jù)包是否準(zhǔn)確，檢查流程或時序的合理性，還能幫助我們更便捷地定位和解決各種技術(shù)難題。對于藍牙技術(shù)而言，抓包器的作用同樣不可小覷。它強大的捕獲功能讓我們能夠輕松獲取空中傳輸?shù)陌脑敿?a target="_blank">信息，包括頻率、頻率偏差、長度、信號強度以及具體傳輸內(nèi)容等。此外，抓包器還具備出色的解析能力，能夠按照協(xié)議層級對捕獲的包進行分類，從而更有效地分析各個層面可能出現(xiàn)的問題。

本文將通過使用廣泛認(rèn)可的Ellisys抓包器為例，首先簡要介紹其基本使用方法，然后結(jié)合實際案例，展示抓包器在藍牙開發(fā)中的高效應(yīng)用。我們會特別針對Ellisys在分析經(jīng)典藍牙連接過程、加密數(shù)據(jù)和通信頻率等常用功能上進行解析。

對于低功耗藍牙的抓包和解析，您還可以參考我們之前發(fā)布的經(jīng)典教程：【技術(shù)專欄】藍牙抓包工具Ellisys（上）——原來Debug這么容易。這將為您提供更多深入的指導(dǎo)和幫助。

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ellisys抓包器用法簡介

市面上眾多品牌的抓包器中，Ellisys因其全面的功能和高效性能成為我們的首選工具。它采用全頻帶并發(fā)通道嗅探技術(shù)，能夠?qū)崟r捕捉所有藍牙頻點，提供便捷的使用體驗和豐富的數(shù)據(jù)捕獲。除了捕獲空中數(shù)據(jù)包，Ellisys還能通過USB、UART、SPI等接口獲取HCI信息，進一步增強了其分析能力。內(nèi)置的邏輯分析器功能允許我們將邏輯信號與空中包進行對比，為開發(fā)和調(diào)試過程中的問題定位提供了強有力的支持。

圖1.ellisys抓包器

首先，接通抓包器電源，并使用USB線直接連接至電腦的USB端口，避免使用USB集線器以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。接著，在電腦上打開Ellisys提供的上位機軟件，按照圖2的指示，進入菜單欄選擇“Record”->“Recording Options”。在彈出的配置窗口中，根據(jù)您的需求選擇要捕獲的無線或有線協(xié)議、邏輯分析儀的信號通道等，完成設(shè)置后點擊“OK”保存配置，即可開始高效的數(shù)據(jù)捕獲與分析。

圖2.抓包器上位機界面

圖3.抓包器配置界面

點擊工具欄中的Record按鈕，抓包器就會開始抓取空中包，并將獲取到的信息實時顯示在下方的各個窗口中如圖4所示，A區(qū)為抓到的所有空中包的總覽，可以通過該區(qū)域上方的工具欄來篩選出各個協(xié)議的包或者包含指定數(shù)據(jù)的包；B區(qū)為選中空中包的詳細信息，這里會自動解析出在A或C區(qū)選中的包的信道、能量以及內(nèi)容等；C區(qū)則以時間為橫軸，顯示了空中包的時序，可以直觀地看出空中包發(fā)送的時間以及長度；D區(qū)為包的原始信息，通過這里我們可以直接分析空中包的數(shù)據(jù)是否正確等。上位機的layout可能會有所不同，如果找不到這些區(qū)域可點擊菜單欄中的layout->reset layout就可以將layout恢復(fù)成原始設(shè)定。

圖4.抓包器上位機各區(qū)域

我們已經(jīng)概述了抓包器的基本操作，這為您提供了分析問題所需的初步技能?，F(xiàn)在，讓我們通過一些實際案例來深化對抓包器的理解，并探索其更高級的功能。通過這些示例，您將學(xué)習(xí)到如何更有效地利用抓包器，以提升您的分析技巧和效率。

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藍牙抓包解析實例

在以下實例中我們使用泰凌B91開發(fā)板作為Central device來連接藍牙耳機，同時使用ellisys抓包器來抓取兩者發(fā)送的空中包，并對連接流程以及數(shù)據(jù)交換等行為進行分析。

圖5.B91開發(fā)板

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建立連接流程分析

首先，我們需要將抓包器開啟，然后使用我們的開發(fā)板與耳機進行配對，抓包器就會抓取到建立連接的整個流程，觀察抓到的空中包我們就會發(fā)現(xiàn)除了我們的設(shè)備發(fā)出的包還會有很多其它的包，這是因為往往我們生活環(huán)境中不只有一兩個藍牙設(shè)備，其它藍牙設(shè)備發(fā)出的包也會被抓包器抓取到，這將會對我們的分析造成一定的困難，這時我們就可以使用filter來篩選出我們想要的設(shè)備，如圖6所示，我們可以通過設(shè)備名稱和address來選出想要的設(shè)備，然后將其添加到左側(cè)，點擊ok返回到主界面我們就可看到只剩下了選中設(shè)備發(fā)出或收到的包。

圖6.通過filter篩選出需要抓取的設(shè)備

接下來從空中包中找到paging連接從這里開始，如圖7所示，我們可以清晰地看到連接建立的全部流程，先通過page獲取到基礎(chǔ)的時鐘、設(shè)備名等信息，然后通過LMP去交換雙方的版本、特性、名字等，之后Central發(fā)起Host connection，Peripheral回復(fù)表示接受，最后雙方都發(fā)送Setup Complete表示連接正式建立。

圖7.抓包器抓取到的連接流程

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加密數(shù)據(jù)包分析

藍牙協(xié)議為了保證數(shù)據(jù)的安全加入了加密的能力，大部分?jǐn)?shù)據(jù)包都是在加密的情況下發(fā)送的，所以抓包器也為我們提供了解密的能力。找到上位機中的Security窗口，如果我們已經(jīng)抓到了一些連接的話，這里將會把它們顯示出來，如圖7所示，可見Key的位置為missing，因為藍牙是通過一個密鑰來加密的，抓包器作為第三方無法得知密鑰是什么，這就需要我們在開發(fā)過程中使用一些debug手段來獲取，這里我們使用Telink開發(fā)板的串口將link key打印出來，然后雙擊missing就會彈出一個輸入框，將獲取到的key輸入其中點擊ok就可以發(fā)現(xiàn)原本加密的空中包已經(jīng)可以看到真實的內(nèi)容了。

圖8.Security窗口

圖9.輸入link key進行解密

圖10.解密出來的空中包

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通信頻點分析

由于生活中有大量設(shè)備使用著與藍牙相同的2.4G頻段，這都會對藍牙通信造成干擾，因此藍牙選擇使用跳頻技術(shù)來對抗干擾，抓包器也為我們提供了相應(yīng)的功能來讓我們可以直接看到一段時間內(nèi)空中各個頻段包的使用情況，這將極大地便利了我們對此類問題的分析。

同樣我們需要在上位機中找到對應(yīng)的窗口，這里使用的是Spectrum和Channels兩個窗口，前者可以直觀顯示空中所有頻點上的包在時序上的情況，而后者則是統(tǒng)計了各個頻點上的包數(shù)量以及丟包率等。如下圖所示，紅框圈住的地方是環(huán)境中WiFi的信號，而我們的藍牙為了提高通信質(zhì)量就將這一塊干擾嚴(yán)重的頻段避開了，從圖中可以看到這些頻點中的藍牙包數(shù)量非常的少。

圖11.Spectrum和Channels窗口

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總結(jié)

抓包器的用途遠不止于此，它在經(jīng)典藍牙開發(fā)中扮演著至關(guān)重要的角色。精通抓包器的操作，不僅能幫助我們深入理解藍牙通信的細節(jié)，還能顯著提高開發(fā)效率。因此，熟練掌握抓包器的使用方法對于藍牙開發(fā)者來說是非常寶貴的技能。