如何玩转 HTTP 3？ _小知识

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【如何玩转 HTTP 3？】作者 | 阿文
责编 | 郭芮
出品 | CSDN（ID：CSDNnews）
超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol）是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。自1990年代初以来，HTTP协议是整个Internet进行数据通信的基础。
在 HTTP/1.0 中，每一个TCP请求或响应都会被分配一个新的连接，这就导致了连接启动缓慢，在此之后，如何规避 TCP 启动慢就一直是 HTTP协议改善的核心。此后，在HTTP/1.1中引入了keep-alive 的概念，其允许在同一个 TCP 连接中对多个请求或响应进行序列号，从而使得不需要为每个请求都设置新的连接，避免建立新连接带来的网络开销。但是这个版本的keep-alive 连接不支持同时发送多个请求，随着互联网的迅猛发展又带来了新的问题：如何让数据发送效率提高？
在2015年，HTTP发布了第二个版本，即HTTP/2，进行了重大更新。例如：

在建立连接后，可以多路复用；
在建立连接后，一次的请求与被响应，视为流；
数据传输分为二进制帧片段。

而 HTTP/3是HTTP协议的第三个主要版本。在HTTP/3中，将弃用TCP协议，改为使用基于UDP协议的QUIC协议实现。实际上 HTTP/3 的前身是HTTP over QUIC，QUIC 是快速UDP网络连接的简称，由google公司研发，该协议旨在取代TCP协议，使网页传输更快、更稳定、更安全。
2018年10月，互联网工程任务组（IETF） HTTP和QUIC工作组主席Mark Nottingham提出了将HTTP-over-QUIC更名为HTTP/3，以区分其特点以及与Google 公司的QUIC的独立性。

1.为什么使用UDP+QUIC？
实际上，在此前的HTTP协议中一直是使用TCP作为传输协议。为什么在HTTP/3中要换成UDP呢？众所周知，TCP 是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，在数据传输过程中其加入了序列号、对收到的保温进行排序以检测重复数据，数据重传、拥塞控制、使用校验和确保无错传输、流控制等。使用TCP 协议进行数据传输会经过三次握手，在连接创建过程中，很多参数要被初始化，例如序号被初始化以保证按序传输和连接的强壮性，其目的是保证数传输和断开的可靠，确保所有数据都被完全传输。因此很多对业务稳定性非常高的协议都一直采用TCP协议作为数据传输协议。
TCP 报头：

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事实上，在HTTP/2 之前的版本中，都是采用TCP 进行数据传输的。而 HTTP/2 引入的多路复用技术改善了HTTP/1.1的keep-alive 带来的缺陷，但是当数据包丢失增加，HTTP/2的性能会由于TCP处理包重传的方式（HOL阻塞）而下降，从而大大影响效率。因为所有的流都是共享同一个连接，当数据包丢失超出阈值，HTTP/2的运行效率可能还不如HTTP/1的效率高。
而UDP协议则比较简单，其特点如下：

无需建立连接，因此UDP不会引入建立连接的时延；
没有TCP 那么复杂的报头，例如重传、序列号等等；
速度快，但是不保证数据的完整性。

其报头如下：

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那么既然使用UDP进行数据传输如此不可靠，为什么 HTTP/3 会使用UDP？
事实上，这与整个互联网快速发展的大背景有关系。随着移动互联网快速发展以及物联网以及5G技术的逐步兴起，网络交互的场景越来越丰富，大量的音频、视频、直播等数据在网络传上传输，用户对网络传输效率和 WEB 响应速度的要求也越来越高。HTTP/3 协议当然不能单独使用UDP协议，它必须在QUIC的配合下才可以使用UDP，其把数据的完整性校验这一环节放在了UDP协议之上，QUIC的特点：
减少了 TCP 三次握手及 TLS 握手时间，使用TCP协议配合HTTPS，TLS 完全握手需要至少 2 个 RTT 才能建立，简化握手需要 1 个 RTT 的握手延迟，而QUIC在TLS握手时间上，由于建立在 UDP 的基础上，同时又实现了 0RTT 的安全握手，所以在大部分情况下，只需要 0 个 RTT 就能实现数据发送。
改进的拥塞控制，QUIC 协议当前默认使用了 TCP 协议的 Cubic 拥塞控制算法，同时也支持 CubicBytes, Reno, RenoBytes, BBR, PCC 等拥塞控制算法。
避免队头阻塞的多路复用，队头阻塞主要是 TCP 协议的可靠性机制引入的。上面说了TCP为了实现可靠性，使用了很多机制来保障数据的传输，例如使用序列号来标识数据的顺序，数据必须按照顺序处理，如果前面的数据丢失，后面的数据就算到达了也不会通知应用层来处理。而QUIC使用UDP，没有三次握手和连接，只需要用户端和服务端的应用程序支持 QUIC 协议，完全避开了操作系统和中间设备的限制，同时相比此前的HTTP/2的多路复用，QUIC 一个连接上的多个流之间没有依赖。这样可以更快地并行处理任务。