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InfoQ|阿里淘系自研标准化协议库 XQUIC 首次公开：直播高峰期卡顿可降低 30%( 二 )


XQUIC 是什么、为什么选择自研 + 标准XQUIC 是阿里自研的 IETF QUIC 标准化实现 ， 这个项目由淘系架构网关与基础网络团队发起和主导 ， 当前有阿里云 CDN、达摩院 XG 实验室与 AIS 网络研究团队等多个团队参与其中 。
现今 QUIC 有多家开源实现 ， 为什么选择标准协议 + 自研实现的道路？我们从 14 年开始关注 Google 在 QUIC 上的实践（手机淘宝在 16 年全面应用 HTTP/2） ， 从 17 年底开始跟进并尝试在电商场景落地 GQUIC [4]， 在 18 年底在手淘图片、短视频等场景落地 GQUIC 并拿到了一定的网络体验收益 。 然而在使用开源方案的过程中或多或少碰到了一些问题 ， Google 的实现是所有开源实现中最为成熟优秀的 ， 然而由于 Chromium 复杂的运行环境和 C++ 实现的缘故 ， GQUIC 包大小在优化后仍然有 2.4M 左右 ， 这使得我们在集成手淘时面临困难 。 在不影响互通性的前提下 ， 我们进行了大量裁剪才勉强能够达到手淘集成的包大小要求 ， 然而在版本升级的情况下难以持续迭代 。 其他的开源实现也有类似或其他的问题（例如依赖过多、无服务端实现、无稳定性保障等） 。 最终促使我们走上自研实现的道路 。
为什么要选择 IETF QUIC [5] 标准化草案的协议版本？过去我们也尝试过自研私有协议 ， 在端到端都由内部控制的场景下 ， 私有协议的确是很方便的 ， 但私有协议方案很难走出去建立一个生态圈 / 或者与其他的应用生态圈结合（遵循相同的标准化协议实现互联互通）；从阿里作为云厂商的角度 ， 私有协议也很难与外部客户打通；同时由于 IETF 开放讨论的工作模式 ， 协议在安全性、扩展性上会有更全面充分的考量 。
因此我们选择 IETF QUIC 标准化草案版本来落地 。 截止目前 ， IETF 工作组草案已经演化到 draft-29 版本（2020.6.10 发布） ， XQUIC 已经支持该版本 ， 并能够与其他开源实现基于 draft-29 互通 。
XQUIC 整体架构和传输框架设计XQUIC 是 IETF QUIC 草案版本的一个 C 协议库实现 ， 端到端的整体链路架构设计如下图所示 。 XQUIC 内部包含了 QUIC-Transport（传输层）、QUIC-TLS（加密层、与 TLS/1.3 对接）和 HTTP/3.0（应用层）的实现 。 在外部依赖方面 ， TLS/1.3 依赖了开源 boringssl 或 openssl 实现（两者 XQUIC 都做了支持、可用编译选项控制） ， 除此之外无其他外部依赖 。
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图 2. XQUIC 端到端架构设计和内部分层模块XQUIC 整体包大小在 900KB 左右（包含 boringssl 的情况下） ， 对于客户端集成是较为轻量的（支持 Android/iOS） 。 服务端方面 ， 由于阿里内部网关体系广泛使用 Tengine（Nginx 开源分支） ， 我们开发了一个 ngx_xquic_module 用于适配 Tengine 服务端 。 协议的调度方面 ， 由客户端网络库与调度服务 AMDC 配合完成 ， 可以根据版本 / 地域 / 运营商 / 设备百分比进行协议调度 。
XQUIC 传输层内部流程设计如下图 ， 可以看到 XQUIC 内部的读写事件主流程 。 考虑到跨平台兼容性 ， UDP 收发接口由外部实现并注册回调接口 。 XQUIC 内部维护了每条连接的状态机、Stream 状态机 ， 在 Stream 级别实现可靠传输（这也是根本上解决 TCP 头部阻塞的关键） ， 并通过读事件通知的方式将数据投递给应用层 。 传输层 Stream 与应用层 HTTP/3 的 Request Stream 有一一映射关系 ， 通过这样的方式解决 HTTP/2 over TCP 的头部阻塞问题 。
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图 3. XQUIC 读写事件主流程设计考虑到 IETF QUIC 传输层的设计可以独立剥离 ， 并作为 TCP 的替代方案对接其他应用层协议 ， XQUIC 内部实现同样基于这样的分层方式 ， 并对外提供两套原生接口：HTTP/3 请求应答接口 和 传输层独立接口（类似 TCP） ， 使得例如 RTMP、上传协议等可以较为轻松地接入 。


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