客户端用 TCP 发送了三个包,但服务器所在的操作系统只收到了后两个包,第一个包丢了。那么内核里的 TCP 协议栈就只能把已经收到的包暂存起来,“停下”等着客户端重传那个丢失的包,这样就又出现了“队头阻塞”。由于这种“队头阻塞”是 TCP 协议固有的,所以 HTTP/2 即使设计出再多的“花样”也无法解决。“HTTP over QUIC”就是 HTTP 协议的下一个大版本,HTTP/3。
QUIC 基于 UDP,而 UDP 是“无连接”的,根本就不需要“握手”和“挥手”,所以天生就要比 TCP 快。
就像 TCP 在 IP 的基础上实现了可靠传输一样,QUIC 也基于 UDP 实现了可靠传输,保证数据一定能够抵达目的地。它还引入了类似 HTTP/2 的“流”和“多路复用”,单个“流”是有序的,可能会因为丢包而阻塞,但其他“流”不会受到影响。
为了防止网络上的中间设备(Middle Box)识别协议的细节,QUIC 全面采用加密通信,可以很好地抵御窜改和“协议僵化”(ossification)。
QUIC 的基本数据传输单位是包(packet)和帧(frame),一个包由多个帧组成,包面向的是“连接”,帧面向的是“流”。
QUIC 使用不透明的“连接 ID”来标记通信的两个端点,客户端和服务器可以自行选择一组 ID 来标记自己,这样就解除了 TCP 里连接对“IP 地址 + 端口”(即常说的四元组)的强绑定,支持“连接迁移”(Connection Migration)。
QUIC 的帧里有多种类型,PING、ACK 等帧用于管理连接,而 STREAM 帧专门用来实现流。
QUIC 帧普遍采用变长编码,最少只要 1 个字节,最多有 8 个字节。流 ID 的最大可用位数是 62,数量上比 HTTP/2 的 2^31 大大增加。
流 ID 还保留了最低两位用作标志,第 1 位标记流的发起者,0 表示客户端,1 表示服务器;第 2 位标记流的方向,0 表示双向流,1 表示单向流。
因为 QUIC 本身就已经支持了加密、流和多路复用,所以 HTTP/3 的工作减轻了很多,把流控制都交给 QUIC 去做。调用的不再是 TLS 的安全接口,也不是 Socket API,而是专门的 QUIC 函数。不过这个“QUIC 函数”还没有形成标准,必须要绑定到某一个具体的实现库。
HTTP/3 里仍然使用流来发送“请求 - 响应”,但它自身不需要像 HTTP/2 那样再去定义流,而是直接使用 QUIC 的流,相当于做了一个“概念映射”。
HTTP/3 里的“双向流”可以完全对应到 HTTP/2 的流,而“单向流”在 HTTP/3 里用来实现控制和推送,近似地对应 HTTP/2 的 0 号流。
由于流管理被“下放”到了 QUIC,所以 HTTP/3 里帧的结构也变简单了。
帧头只有两个字段:类型和长度,而且同样都采用变长编码,最小只需要两个字节。
浏览器需要先用 HTTP/2 协议连接服务器,然后服务器可以在启动 HTTP/2 连接后发送一个“Alt-Svc”帧,包含一个“h3=host:port”的字符串,告诉浏览器在另一个端点上提供等价的 HTTP/3 服务。
浏览器收到“Alt-Svc”帧,会使用 QUIC 异步连接指定的端口,如果连接成功,就会断开 HTTP/2 连接,改用新的 HTTP/3 收发数据。
此文章为3月Day2 学习笔记,内容来源于极客时间《透视 HTTP 协议》,推荐该课程。