超文本传输​​协议 ( HTTP ) 是互联网的基石，有助于加载网页、流式传输视频以及为您最喜爱的应用程序获取数据。

去年 ，负责定义互联网技术的组织 互联网工程任务组 ( IETF )对该协议的新版本 HTTP/3 进行了标准化。自那时起，HTTP/3 和相关的 QUIC 协议在公共网络上迅速普及。确切的数字取决于来源和测量方法，全球范围内，HTTP/3 的支持率从 19% 到 50% 不等 。

H3使用增长迅猛

由于这些新协议被 Google 和 Meta 等大公司大量使用，我们可以肯定地说， 目前很大一部分互联网流量已经在使用 HTTP/3。事实上，你现在正在阅读的博客文章也很可能就是通过 HTTP/3 加载的！

在本系列中，我将提供一些背景信息，说明 HTTP/3 解决了哪些问题、它的性能如何、为什么它得到如此迅速的采用，以及它仍在努力克服哪些限制。

为什么我们需要 HTTP/3？

网络协议描述了网络上两个实体（通常是用户设备和网络服务器）之间如何传输数据。由于有许多不同的公司在为网络开发软件，因此需要对协议进行标准化，以便所有这些软件都可以“互操作”，也就是说，它们都可以相互理解，因为 它们遵循相同的规则。

实际上， 我们不会使用单一协议，而是同时使用几种协议的组合，每种协议都有自己的职责和规则（图 1）。这是为了让事情变得灵活和可重复使用——无论你使用的是 WiFi、有线还是4G / 5G，你仍然可以使用完全相同的 HTTP 逻辑。

互联网的许多原始协议都是在 20 世纪 80 年代和 90 年代标准化的，这意味着它们是在考虑了那几十年的目标和限制的情况下构建的。 虽然其中一些协议经受住了时间的考验，但其他一些协议已经开始显露出它们的老旧。大多数问题都通过变通方法和巧妙的技巧得到了解决。然而，很明显有些事情必须改变。对于传输控制协议 ( TCP ) 来说尤其如此，它确保您的数据可靠地传输到互联网上。

为什么 TCP 不适合当今的 Web

HTTP/1.1 和 HTTP/2 依靠 TCP 来成功完成其工作——在客户端和服务器可以交换 HTTP 请求/响应之前，它们必须建立 TCP 连接。

随着时间的推移，人们付出了很多努力来更新 TCP 并解决其效率低下的问题——TCP 仍然将网页加载为单个文件，而不是数百个单独文件的集合。其中一些更新取得了成功，但大多数影响较大的更新（例如 TCP 多路径和 TCP Fast Open） 花了近十年的时间才在公共互联网上投入实际使用。

实施 TCP 变更的主要挑战是互联网上成千上万的设备都有自己的 TCP 协议实现。这些设备包括手机、笔记本电脑和服务器，以及路由器、防火墙、负载平衡器和其他类型的“中间件”。因此， 如果我们想要更新 TCP，我们必须等待所有这些设备中的很大一部分更新 其实现，这实际上可能需要数年时间。

QUIC 解决方案

这已经成为一个问题，以至于最实际的解决方法是用全新的东西取代 TCP。 这种替代就是 QUIC 协议，尽管许多人仍然（开玩笑地）将其称为 TCP 2.0。这个绰号很合适，因为 QUIC 包含许多与 TCP 相同的高级功能，但有一些关键的变化。

主要变化是 QUIC 与传输层安全性 ( TLS ) 协议高度集成。TLS 负责加密 Web 上的敏感数据 — 正是它在HTTPS中提供 S（安全） 。使用 TCP，TLS 仅加密实际的 HTTP 数据（图 2）。使用 QUIC，  TLS 还会加密 QUIC 协议本身的大部分内容。这意味着，在 TCP 中所有中间件都可以看到（并可更改）的元数据（例如数据包编号和连接关闭信号），现在在 QUIC 中仅客户端和服务器可用。

此外，由于 QUIC 的加密范围更广，因此更改它或添加新功能将比 TCP 容易得多——我们只需要更新客户端和服务器，因为中间件无论如何都无法解密元数据。这使得 QUIC 成为一种面向未来的协议，使我们能够更快地解决新挑战。

当然， 这种额外的加密对新协议的总体安全性和隐私性也有好处。虽然 TCP + TLS 非常适合保护敏感的个人数据（例如信用卡或电子邮件内容），但它们仍然容易受到复杂的（隐私）攻击，由于人工智能的最新进展，这种攻击变得越来越实际。通过进一步加密此类元数据，QUIC 可以更好地抵御复杂的威胁行为者。

QUIC 还具有许多其他与安全相关的功能，包括防御分布式拒绝服务（DDoS）攻击，具有防止放大和 RETRY 数据包等功能。

最后， 与 TCP 相比，QUIC 还包括大量效率和性能改进，包括更快的连接握手（见图 3）、 消除“队头阻塞”问题、更好的数据包丢失检测/恢复，以及处理用户切换网络的方法（我将在下一篇文章中详细介绍这一点）。

我们不需要 HTTP/3。我们需要的是 QUIC

最初，有人尝试保留 HTTP/2 并进行最小限度的调整，以便我们也可以在较低层使用 QUIC（毕竟，这就是拥有这些不同的协作和可重用协议的全部意义所在）。然而，很明显 QUIC 与 TCP 的差异足以使其与 HTTP/2 不兼容。因此，我们决定为 QUIC 制作一个新版本的 HTTP，最终成为 HTTP/3。

HTTP/3 与 HTTP/2 几乎完全相同。它们的主要区别在于在 QUIC 或 TCP 之上的功能的技术实现。但是，由于 HTTP/3 可以使用 QUIC 的所有新功能，因此 在加载网页和流式传输视频时，预计其性能会更高。在实践中，正是这一方面促使 HTTP/3 得到了迅速采用。

QUIC 将帮助修复 HTTP/2 的一些重大缺点

• 开发一种方法来解决当智能手机从 WiFi 切换到蜂窝数据时（例如离开家或办公室时）性能缓慢的问题
• 减少丢包的影响——当一个信息包没有到达目的地时，它不会再阻塞所有的信息流（称为“队头阻塞”的问题）

其他好处包括：

更快的连接建立

QUIC 允许 TLS 版本协商与加密和传输握手同时发生

零往返时间 (0-RTT)

对于它们已经连接的服务器，客户端可以跳过握手要求（互相确认和验证以确定它们将如何通信的过程）

更全面的加密

QUIC 的新握手方式将默认提供加密，这是对 HTTP/2 的巨大升级，并将有助于减轻攻击的风险