既然HTTP/3正式发布了，那么咱们来深入理解HTTP/3协议( 二 ) _HTTP

QUIC不受四元组的影响, 当这四个元素发生变化时, 原连接依然维持. 原理如下:QUIC不以四元素作为表示, 而是使用一个64位的随机数, 这个随机数被称为Connection ID, 即使IP或者端口发生变化, 只要Connection ID没有变化, 那么连接依然可以维持。
队头阻塞/多路复用HTTP/1.1和HTTP/2都存在队头阻塞的问题(Head Of Line blocking) 。
TCP是个面向连接的协议, 即发送请求后需要收到ACK消息, 以确认对象已接受数据. 如果每次请求都要在收到上次请求的ACK消息后再请求, 那么效率无疑很低. 后来HTTP/1.1提出了Pipeline技术, 允许一个TCP连接同时发送多个请求. 这样就提升了传输效率。

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在这样的背景下, 队头阻塞发生了. 比如, 一个TCP连接同时传输10个请求, 其中1,2,3个请求给客户端接收, 但是第四个请求丢失, 那么后面第5-10个请求都被阻塞. 需要等第四个请求处理完毕后才能被处理. 这样就浪费了带宽资源。
因此, HTTP一般又允许每个主机建立6个TCP连接, 这样可以更加充分的利用带宽资源, 但每个连接中队头阻塞的问题还是存在的。
HTTP/2的多路复用解决了上述的队头阻塞问题. 在HTTP/2中, 每个请求都被拆分为多个Frame通过一条TCP连接同时被传输, 这样即使一个请求被阻塞, 也不会影响其他的请求。

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但是, HTTP/2虽然可以解决请求这一粒度下的阻塞, 但HTTP/2的基础TCP协议本身却也存在队头阻塞的问题. HTTP/2的每个请求都会被拆分成多个Frame, 不同请求的Frame组合成Stream, Stream是TCP上的逻辑传输单元, 这样HTTP/2就达到了一条连接同时发送多个请求的目标, 其中Stram1已经正确送达, Stram2中的第三个Frame丢失, TCP处理数据是有严格的前后顺序, 先发送的Frame要先被处理, 这样就会要求发送方重新发送第三个Frame, Steam3和Steam4虽然已到达但却不能被处理, 那么这时整条链路都会被阻塞。

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不仅如此, 由于HTTP/2必须使用HTTPS, 而HTTPS使用TLS协议也存在队头阻塞问题. TLS基于Record组织数据, 将一对数据放在一起加密, 加密完成后又拆分成多个TCP包传输. 一般每个Record 16K, 包含12个TCP包, 这样如果12个TCP包中有任何一个包丢失, 那么整个Record都无法解密。

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队头阻塞会导致HTTP/2在更容易丢包的弱网络环境下比HTTP/1.1更慢。
QUIC是如何解决队头阻塞的问题的? 主要有两点:

QUIC的传输单位是Packet, 加密单元也是Packet, 整个加密, 传输, 解密都基于Packet, 这就能避免TLS的阻塞问题。
QUIC基于UDP, UDP的数据包在接收端没有处理顺序, 即使中间丢失一个包, 也不会阻塞整条连接. 其他的资源会被正常处理。

拥塞控制拥塞控制的目的是避免过多的数据一下子涌入网络, 导致网络超出最大负荷. QUIC的拥塞控制与TCP类似, 并在此基础上做了改进. 先来看看TCP的拥塞控制。

慢启动: 发送方像接收方发送一个单位的数据, 收到确认后发送2个单位, 然后是4个, 8个依次指数增长, 这个过程中不断试探网络的拥塞程度.
避免拥塞: 指数增长到某个限制之后, 指数增长变为线性增长。
快速重传: 发送方每一次发送都会设置一个超时计时器, 超时后认为丢失, 需要重发。
快速恢复: 在上面快速重传的基础上, 发送方重新发送数据时, 也会启动一个超时定时器, 如果收到确认消息则进入拥塞避免阶段, 如果仍然超时, 则回到慢启动阶段。

QUIC重新实现了TCP协议中的Cubic算法进行拥塞控制, 下面是QUIC改进的拥塞控制的特性:
1. 热插拔TCP中如果要修改拥塞控制策略, 需要在系统层面今次那个操作, QUIC修改拥塞控制策略只需要在应用层操作, 并且QUIC会根据不同的网络环境, 用户来动态选择拥塞控制算法。
2. 前向纠错 FECQUIC使用前向纠错(FEC, Forword Error Correction)技术增加协议的容错性. 一段数据被切分为10个包后, 一次对每个包进行异或运算, 运算结果会作为FEC包与数据包一起被传输, 如果传输过程中有一个数据包丢失, 那么就可以根据剩余9个包以及FEC包推算出丢失的那个包的数据, 这样就大大增加了协议的容错性。
这是符合现阶段网络传输技术的一种方案, 现阶段带宽已经不是网络传输的瓶颈, 往返时间才是, 所以新的网络传输协议可以适当增加数据冗余, 减少重传操作。