车路协同系统装调与测试 课件 任务 5.3：Bluetooth协议分析与抓包-

主讲老师：李茂沛项目五：车内与车外网络通信安全任务5.3《车联网技术与应用》Bluetooth协议分析与抓包目录任务导入Assignment

INTRO学习目标Learning

ObjectivesCONTENTS0102任务实施Assignmentimplement05课堂总结Summary06知识准备Background

knowledge03课堂小测Classroomquiz04PART01任务导入Assignment

INTRO任务导入当今数字化时代，无线通信技术不断更新与迭代，逐渐成为我们生活中不可或缺的一部分。随着大环境的趋势，蓝牙技术作为无线通信领域的一项重要发明，以其独特的短距离通信能力，广泛应用于音频传输、数据通信、设备网络等多个领域。作为网络通信安全的技术工程师，你应该如何对提高系统的可靠性，加强数据传输的安全性呢？如何对蓝牙的协议进行分析？你应该如何实现蓝牙的抓包测试呢？

提示：此次任务需要借助相关硬件和软件完成OBU与RSU通信的性能测试，保证V2X通信正常。PART02学习目标Learning

Objectives学习目标素质目标塑造学生正确的世界观、人生观和价值观；培养具有创新精神和实践能力的人才；鼓励学生在实践中了解社会、服务人民，体验为民造福的实际意义。能力目标能完成Wireshark蓝牙抓包与抓包数据分析[A48]。知识目标能描述蓝牙系统的组成[K69]；能独立解析蓝牙协议[K70]；能归纳各种蓝牙抓包的特点[K71]。PART03知识准备Background

knowledge一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（1）Bluetooth定义Bluetooth就是我们常说的蓝牙。蓝牙是一种无线通信技术，允许设备在短距离内进行数据传输。它由蓝牙技术联盟（BluetoothSIG，SpecialInterestGroup）定义和维护，是一个开放的标准，用于确保不同制造商生产的设备能够互相兼容和通信。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点蓝牙技术采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，‌支持点对点及点对多点通信，‌工作在全球通用的2.4GHzISM（‌工业、‌科学、‌医学）‌频段，‌数据速率为1Mbps。‌采用时分双工传输方案实现全双工传输。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点1）短距离通信：蓝牙通常用于10米左右的短距离通信，但这个距离可以通过增加发射功率或使用特殊的天线来扩展。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点2）低功耗：特别是蓝牙低功耗（BLE）技术，专为低功耗设备设计，适用于需要长电池寿命的场景，如健康和健身设备、家居自动化等等。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点3）易于使用：蓝牙设备通常易于配对和连接，提供用户友好的连接过程。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点4）广泛的应用范围：蓝牙技术被广泛应用于音频传输、数据通信、位置服务、设备网络等多个领域，包括无线耳机、车载系统、智能家居设备等。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（2）Bluetooth特点5）标准化：蓝牙技术遵循一系咧标准化的协议，确保不同制造商生产的设备能够互相兼容和通信。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（3）蓝牙的分支蓝牙协议主要分为两种技术：BasicRate（简称BR）和BluetoothLowEnergy（简称BLE）。这两种技术都包括搜索管理，连接管理等机制，但却并不互通。具体来说，就是如果开发人员实现了BR技术，那么这款技术只能应用在同样实现或者支持BR技术的设备上，并且与其互联。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（3）蓝牙的分支1）BasicRate（BR）BasicRate（BR）是蓝牙技术中最初的传输速率标准，它以一种稳健的传输方式提供最高1Mbps的数据传输速率。BR使用GFSK（高斯频移键控）调制方式，这种调制方式具有很好的抗干扰性能，但相比后来的EnhancedDataRate（EDR）技术，它的数据传输速率较慢。一、Bluetooth基础知识1.Bluetooth概述（3）蓝牙的分支2）BluetoothLowEnergy（BLE）蓝牙低功耗（BluetoothLowEnergy,BLE）技术是从蓝牙4.0版本开始引入的，它也被称为BluetoothSmart。与经典蓝牙相比，BLE的主要特点是在维持相对较低的功耗的同时实现通信，这使其成为物联网领域的一项重要技术。一、Bluetooth基础知识2.蓝牙系统的组成（1）系统组成解析图中描述的蓝牙系统的组成部分，分为BluetoothCore和BluetoothApplication，如Host和Controller，都是指“逻辑实体”。逻辑实体需要和日常生活中的物理实体进行区分，例如技术人员在做电路设计的时候，蓝牙芯片、主控CPU指的就是物理实体，而蓝牙协议所描述的这些逻辑实体不一定会和物理实体对应，如在实际应用中，Host和BluetoothApplication可能会位于同一个物理实体中，而Controller单独位于另一个物理实体中。一、Bluetooth基础知识2.蓝牙系统的组成（2）蓝牙协议解析蓝牙协议规定了两个层次的协议，分别为蓝牙核心协议（BluetoothCore）和蓝牙应用层协议（BluetoothApplication）。蓝牙核心协议关注对蓝牙核心技术的描述和规范，它只提供基础的机制，并不关心如何使用这些机制；蓝牙应用层协议，是在蓝牙核心协议的基础上，根据具体的应用需求，百花齐放，定义出各种各样的策略，如FTP、文件传输、局域网等等。一、Bluetooth基础知识2.蓝牙系统的组成（3）BluetoothCore组成BluetoothCore由两部分组成，Host和Controller。这两部分在不同的蓝牙技术中（BR/EDR、AMP、LE），承担角色略有不同，但大致的功能是相同的。Controller负责定义RF、Baseband等偏硬件的规范，并在这之上抽象出用于通信的逻辑链路（LogicalLink）；Host负责在逻辑链路的基础上，进行更为友好的封装，这样就可以屏蔽掉蓝牙技术的细节，让BluetoothApplication更为方便的使用。思政专栏音箱耳机、PC配件、遥控器、汽车数字钥匙、可穿戴设备乃至定位、资产跟踪……应用场景的无处不在，反而让蓝牙作为一项通信技术，缺乏快速迭代的冲击和神秘感。但随着蓝牙技术联盟（BluetoothSIG）在2020年推出LEAudio（低功耗音频），宣告了使用数十年间之久的旧标准（ClassicAudio），将逐渐被新一代蓝牙音频技术标准所取代。新一代蓝牙音频技术标准—低功耗音频LEAudio打破了经典蓝牙音频的市场垄断地位，开创了蓝牙无线音频新市场。LEAudio不仅在音频质量上面做出了提升，更是加入了低功耗特性，使得蓝牙音频能够在更多场景中应用。蓝牙技术联盟对话蓝牙技术联盟全球CMO孔德荣：蓝牙的跃升思政专栏LEAudio新增助听器支持，LEAudio应用在蓝牙助听器上为听力受损人士带来福音。低功耗、高音质和多重串流功能为基础的特性提供更强大的助听器支持。目前，蓝牙音频已在无线通话、收听和观赏等方面，为全球广大的用户提供了极大的便利，同样的，蓝牙音频的所有特点也会带给数量渐增的听力受损人士。通过分享LEAudio新一代蓝牙音频技术标准的功能，可以引导学生形成正确的世界观、人生观和价值观。通过教学，让学生深刻理解“为人民服务”的内涵，认识到个人的成长与社会的进步紧密相连，培养学生的社会责任感和使命感，使他们愿意并能够为改善人民生活和促进社会发展贡献自己的力量。低功耗音频LEAudio对话蓝牙技术联盟全球CMO孔德荣：蓝牙的跃升蓝牙协议分析是一个涉及多个层面和组件的复杂过程。蓝牙协议栈从物理层开始，包括链路层、同步适配层、主机控制器接口、逻辑链路控制和适配协议、安全管理协议、属性协议、通用属性配置文件和通用访问配置文件。这个多层结构为设备提供了丰富的通信和安全功能。二、Bluetooth协议分析（1）协议层次蓝牙协议分为四个层次：物理层（PhysicalLayer）、逻辑层（LogicalLayer）、逻辑链路控制与适配协议层（L2CAPLayer）和应用层（APPLayer）。二、Bluetooth协议分析（2）物理层物理层负责提供数据传输的物理通道（通常称为信道）。通常情况下，一个通信系统中存在几种不同类型的信道，如控制信道、数据信道、语音信道等等。二、Bluetooth协议分析（3）逻辑层逻辑层的主要功能，是在已连接的蓝牙设备之间，基于物理链路，建立逻辑信道，所谓的逻辑信道，和城市道路上的车道类似。一条城市道路可以看做一个物理链路，该物理链路根据行车用途，可以划分为多个逻辑信道，如直行车道、右转车道、左转车道、掉头车道、快速车道、慢速车道等等。二、Bluetooth协议分析（4）逻辑链路控制与适配协议层L2CAP（LogicalLinkControlandAdaptationProtocol）是蓝牙技术中的一个重要层次，它位于蓝牙协议栈的链路层之上，为上层协议提供服务。二、Bluetooth协议分析（5）应用层蓝牙应用层（ApplicationLayer）是蓝牙协议栈中的最高层，它直接与具体的应用程序接口（APIs）交互，为用户提供服务和功能。二、Bluetooth协议分析三、Bluetooth抓包1.Android设备抓包

可以在Android手机的开发者选项中启用蓝牙HCI信息收集日志，这样在蓝牙设备和手机APP通信的过程中，数据包将被记录下来，并且可以保存在btsnoop_hci.log文件中。三、Bluetooth抓包2.使用UbertoothOneUbertoothOne是一款软硬件开源的蓝牙抓包器，可以用来捕获蓝牙数据包。它需要配合Ubertoothtools和libbtbb库来编译安装，并且可以使用Wireshark插件进行分析。三、Bluetooth抓包3.使用CC2540+TIPacketSnifferCC2540是德州仪器的一款芯片，可以配合TI的PacketSniffer软件进行蓝牙抓包。抓取的文件格式为psd，可以通过开源项目转换成Wireshark可以识别的pcap格式。三、Bluetooth抓包4.使用Hollong工具Hollong是一款BLE抓包工具，可以配合Wireshark使用。它的优点是可以同时抓取三个广播信道，减少数据包丢失的可能性。三、Bluetooth抓包5.使用WiresharkWireshark是一款流行的网络协议分析工具，也可以用于抓取蓝牙数据包。用户需要确保电脑具备蓝牙适配器，并在Wireshark中选择对应的蓝牙适配器接口进行抓包。PART04课堂小测Classroomquiz课堂小测选择题1.Bluetooth是一种无线通信技术，以下哪项描述是正确的？（）只能在非常短的距离内传输数据

由一个私人公司拥有和控制

允许设备在短距离内进行数据传输不是一个开放的标准2.蓝牙低功耗（BLE）技术的主要优势是什么？（）提供高速数据传输

需要频繁的充电或电源连接

主要用于音频传输

专为低功耗设备设计，适用于需要长电池寿命的场景CD课堂小测选择题3.关于蓝牙技术的描述，以下哪项是正确的？（）。蓝牙技术通常用于10米左右的短距离通信，并且这个距离可以通过增加发射功率或使用特殊的天线来扩展。

蓝牙技术仅适用于长距离通信。

蓝牙技术不适用于需要长电池寿命的场景。

蓝牙技术难以配对和连接。A课堂小测判断题1.通用访问配置文件（GAP）在蓝牙应用层中定义了蓝牙设备的基本行为，包括设备发现、连接建立等。（）2.在BR/EDR蓝牙技术中，物理信道是固定的，不会在不同的频道之间变动。（

）3.服务发现应用配置文件（SDAP）的主要功能是模拟串行端口通信。（）×√×PART05任务实施Assignmentimplement一、实施准备1.工具设备清单工作手套工作服笔记本电脑（含鼠标和充电线）设备清单无纺布蓝牙适配器一、实施准备1.工具设备清单设备及软件检查检查笔记本电脑与蓝牙适配器是否正常使用，若使用笔记本自带蓝牙适配器，则检查笔记本电脑蓝牙适配器功能是否正常。检查蓝牙设备二、Wirshark抓包测试1.插入蓝牙适配器设备插入蓝牙适配器（自带蓝牙适配器的计算机可跳过此步骤）插入蓝牙适配器二、Wirshark抓包测试2.打开BTP蓝牙测试平台打开BTP蓝牙测试平台，将自动运行wireshark报文分析软件界面。BTP蓝牙测试平台二、Wirshark抓包测试3.搜索设备点击笔记本电脑右下角搜索设备。搜索设备二、Wirshark抓包测试4.检查环境配置Wireshark出现报文则表明环境已配置成功，开始本地抓包。wireshark出现报文二、Wirshark抓包测试5.完成抓包抓包完成后，可点击红色停止按钮，并在wireshark左上角菜单栏中选择文件——另存为将抓包数据保存，便于再次分析。保存抓包数据二、Wirshark抓包测试6.分析报文文件除实时抓包外，也可在wireshark左上角菜单栏中选择文件——打开，分析已保存的报文文件，支持.pcap、.pcapng以及由其他网络分析工具（如tcpdump）使用-w参数保存的文件。分析报文文件二、Wirshark抓包测试7.现场抓包文件分析根据此前介绍的蓝牙协议，对现场抓包文件进行分析，分析内容包括源/目标设备、协议栈、协议包含的可读信息等。现场抓包文件分析二、Wirshark抓包测试8.时间字段该处数据即为蓝牙协议中的时间字段，此处为相对时间，表示从开始抓包到当前数据包