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关于http 3

web 可靠传输主要依赖TCP协议,但多年过去,更优秀的协议会诞生,其中很可能会取代TCP的协议叫QUIC

QUICTCP有一些重要差别,导致HTTP 2要兼容QUIC比较困难,所以才搞出一个HTTP 3来适配QUIC

给一个示意图:

http3.jpg

TCP设计之初并不是为了效率最大化,更多是可靠性考虑。比如握手机制,但握手需要预先耗费一个RTT。

另外,TCP连接不支持多文件传输,同一个连接只传递一个文件。当你希望减少连接数,用一个连接同时传输多个文件时,对TCP来说这多个文件是捆绑在一起的一个文件,或一个流,因此,多文件传输时某一个文件发生丢包,TCP就认为它眼里的整个文件不完整,大家一起阻塞。这种情况称为队头阻塞。

针对TCP的已知问题,可以做一些扩展来优化,但是,实际部署很难,客户端和服务器升级还比较简单,但很多网络设施,比如防火墙,路由器,代理服务器等,他们普遍都有一些对TCP自定义的实现,因此不兼容新的扩展升级。

结果就是,需要新的协议直接替换TCP,而不是升级它。替换的协议就是QUIC。我们并不真的需要一个HTTP 3,更多的是需要一个TCP的进化版本,而为了兼容它,才搞了一个HTTP 3,所以,HTTP 3的主要新特性都来自于QUIC

关于QUIC

从图中可以看到,QUIC下层是UDP。其实QUIC作为一个单独的传输层协议,底层可以直接是IP层,但这样做的话,上面提到的网络中间设施都要升级才能支持QUIC,而UDP是一个广泛支持的应用层协议,QUIC部署到UDP上能让网络中间设施继续兼容,网络的中间设施不需要应用层的协议,他们的传输只需要到应用层那一层或者只需要到IP层。

UDP是最最基础的传输层协议,它只负责传数据,其他任何手段都没有,而其他可靠性的手段全都交给连接两头的终端里面的QUIC协议来保证。

QUIC是可靠传输协议,也实现了TCP那些保证可靠的特性,但QUIC用了更高明的手段来实现,所以效率更高。

QUIC的改进

QUIC有下面一些主要改进:

1. QUIC直接融合了TLS

QUIC几乎加密了所有头部信息,只留下传输必须的头部信息。而TCP基于TLS的实现只加密了HTTP的内容。所以,QUIC有更高安全性。

QUIC把传输和加密的握手融合在一起,减少了初始握手时间。TCP基于TLS的方式需要TCPTLS分别做握手操作。

QUIC有更好的可扩展性,因为它是完全加密的,中间设施不能观察和解释到它里面的内容,它们只知道是UDP在传输一些内容而已,所以,QUIC有更新时,只需要终端设施更新一下协议就行,不需要更新所有的中间设施。

当然,上面的特性也导致了一些问题:

公司和运营商无法拦截某些想拦截的流量,因为解析不了QUIC的信息,无法做判断。

QUIC有更高的加密开销。

2. QUIC能区分同一个连接中不同流

用同一个连接传输多个文件,QUIC知道哪个包属于哪个文件,当有一个包丢失时,不会阻塞其他不相关文件。

3. QUIC支持连接迁移

客户端跟服务器建立连接,本质上就是经过握手,然后客户端的IP地址,客户端的端口号,服务端的IP地址,服务端的端口号,这4元素就定义了一个连接。任何一个值发生变化,都要重新建立连接。当客户端从WiFi切换到4G,它的IP地址肯定发生变化,之前的连接失效,需要重新建立连接。

QUIC增加了连接标识符,用来标识一个连接,这个字段不会被加密。就算标识一个连接的重要4元素发生变化,也可以用连接标识符识别是同一个连接,从而不需要重新建立连接。

4. QUIC灵活且可进化

因为QUIC是完全加密的,如果需要改变它的一些协议规则,只要连接两端升级协议就能解读新协议规则,而连接的中间设施不需要也无法知道QUIC发生了什么变化。

然后,QUIC的包头信息不像TCP那样是固定的,QUIC的包头信息可变,并且QUIC支持各种各样的帧类型。

QUIC使用自定义TLS扩展携带所谓的传输参数,让端可以对QUIC连接做配置。

目前大部分QUIC的实现都在系统的用户态,而不是内核态。这意味着更容易做实验和部署自己想要的变化和扩展。

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