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㈢ quic 協議分析
HTTP 3 ,它來了,QUIC(quick udp internet connection 「快速 UDP 互聯網連接」)正如其名一樣,它就是快。其正在標准化為新一代的互聯網傳輸協議。是由google提出的使用udp進行多路並發的傳輸協議。
QUIC解決了什麼問題呢?從上世紀90年代至今,互聯網一直按照一成不變的模式發展著。使用ipv4進行路由,使用tcp進行連接層面的擁塞控制,並保證其傳輸的可靠性,使用tls層進行安全加密和身份驗證,使用http進行應用的數據傳輸。
這么多年的發展,這些協議只是小部分或者細節上有了改變,tcp提出了幾個新的擁塞控制演算法,tls改變了加密方式,http層進化出了h2。但是互聯網發展至今,網路傳輸的內容越來越大,用戶對傳輸的時延,帶寬提出越來越大的要求。
tcp雖然也在擁塞控制上提出了一些優秀的擁塞控制演算法,如BBR但是限制於其對操作系統內核版本的要求,tcp 的 TFO,windows操作系統又支持不好等。導致想要切換成更高效的協議成本巨大。
這里列出幾個主要的矛盾。
1、協議歷史悠久導致中間設備僵化。
2、依賴於操作系統的實現導致協議本身僵化。
3、建立連接的握手延遲大。
4、隊頭阻塞。
QUIC孕育而生,其拋開了TCP直接採用UDP,如一些擁塞演算法,可靠性保證機制,不再依賴操作系統內核,而是可以自定義。
Quic 相比現在廣泛應用的 http2+tcp+tls 協議有如下優勢:
1、減少了 TCP 三次握手及 TLS 握手時間。
2、改進的擁塞控制。
3、避免隊頭阻塞的多路復用。
4、連接遷移。
5、前向冗餘糾錯。
有些防火牆只允許通過 80 和 443,不放通其他埠。NAT 網關在轉換網路地址時重寫傳輸層的頭部,有可能導致雙方無法使用新的傳輸格式。因為通信協議棧都是固化到操作系統中的,只能通過內核參數進行調整,但是這樣的調整極其有限,如果想要新加協議,只能重新編譯內核。而現實是,可能還有一些Centos5 還作為某些古董公司的線上伺服器。另外,windows xp 可能還是某些事業單位的辦公電腦上裝的操作系統,盡管xp的時代已經過去20年了。另外TCP Fast Open 也在2013年就提出了,但是windows操作系統也有些不支持。
知道一個首次https網站的訪問都要有哪些步驟嗎?dns解析需要1個RTT,TCP三次握手,HTTP 302 跳轉 HTTPS又需要RTT,TCP重新握手。TLS握手再消耗2個。解析CA的DNS(因為瀏覽器獲取到證書後,有可能需要發起 OCSP 或者 CRL 請求,查詢證書狀態)再對CA進行TCP握手,OCSP響應。密鑰協商又是RTT。當然這種情況是最極端的,大部分情況下不是所有流程都需要走一遍的。(參考 大型網站的 HTTPS 實踐(二)-- HTTPS 對性能的影響 )
基於以上的原因,QUIC選擇了UDP。沒有了三次握手,在應用層面完成了傳輸的可靠性,擁塞控制還有TLS的安全性。只要應用軟體的客戶端和服務端支持就行,繞開了操作系統內核版本這個硬骨頭。
在HTTPS over TCP+TLS的時代。HTTPS需要3個RTT,在session 復用的情況下是2個RTT。而QUIC做到了1RTT和會話復用的0RTT。
QUIC的TLS只能使用TLS1.3,這就可以做到PSK的0RTT。
TCP 的擁塞控制實際上包含了四個演算法:慢啟動,擁塞避免,快速重傳,快速恢復。其中TCP中擁塞控制是被編譯進內核中的,如果想要更改就需要改變內核參數,但是想要對已有的擁塞控制演算法進行更改就需要重新編譯內核,Linux 4.9 中引入了基於時延的擁塞控制演算法 BBR,這打破了以往是靠丟包驅動的擁塞控制演算法,但是想要在TCP中使用,就必須升級內核至4.9以上。
QUIC 協議當前默認使用了 TCP 協議的 Cubic 擁塞控制演算法 [6],同時也支持 CubicBytes, Reno, RenoBytes, BBR, PCC 等擁塞控制演算法。
QUIC和TCP的對比
其中α 從 0到 1(RFC 推薦 0.9),越大越平滑
如 UBOUND為1分鍾,LBOUND為 1 秒鍾, β從 1.3 到 2 之間
對於QUIC
參考: 科普:QUIC協議原理分析 羅成
㈣ Google翻譯能用嗎QUIC是什麼
在Google新版的Chrome瀏覽器中,支持QUIC協議,在 Chrome 瀏覽器中打開「實驗性功能」頁面(chrome://flags/),啟用「實驗性 QUIC 協議」和「經由實驗性 QUIC 協議發出的 HTTPS 請求」,重啟瀏覽器後可以正常登陸 Google 相關服務(被DNS污染的除外)。對於被DNS污染的Google服務,還需要設置Hosts的IP,然後通過HTTPS才能訪問。
㈤ 如何看待谷歌 Google 打算用 QUIC 協議替代 TCP/UDP
預計對國內域名持有人、國內注冊商影響有限。 對於域名持有人(或將成為域名持有人)的中小企業或個人,圖便宜或不想受「監管」的,現在可能是在 Godaddy,有了 Google Domains 只是多了一個選擇;對於在國內注冊的正規中小企業,應該仍會在國內注冊(如果想在國外可能早就去Godaddy了) 而對於國內注冊商來說,Google Domains的影響也有限,一是其提供的服務對國內用戶來講並無差異化,二是google的網站訪問不便,三是本土化服務差。
㈥ http3/quic環境搭建
1,確保系統為centos,yum在線安裝nginx-quic命令如下
2,配置nginx.conf
重啟nginx-quic
3,用chrome瀏覽器訪問 https://quictest.net
需要chrome瀏覽器添加quic支持及白名單
/Applications/Google\ Chrome.app/Contents/MacOS/Google\ Chrome --no-proxy-server --enable-quic --quic-host-whitelist="quictest.net" --origin-to-force-quic-on=quictest.net:443
設置完即可通過chrome訪問quic部署的網站
4,http3/quic測試網站
https://www.http3check.net/
㈦ 詳解基於UDP的低延時網路傳輸層協議——QUIC
Quic 全稱 quick udp internet connection [1],「快速 UDP 互聯網連接」,(和英文 quick 諧音,簡稱「快」)是由 Google 提出的使用 udp 進行多路並發傳輸的協議。
Quic 相比現在廣泛應用的 http2+tcp+tls 協議有如下優勢 [2]:
減少了 TCP 三次握手及 TLS 握手時間;
改進的擁塞控制;
避免隊頭阻塞的多路復用;
連接遷移;
前向冗餘糾錯。
從上個世紀 90 年代互聯網開始興起一直到現在,大部分的互聯網流量傳輸只使用了幾個網路協議。使用 IPv4 進行路由,使用 TCP 進行連接層面的流量控制,使用 SSL/TLS 協議實現傳輸安全,使用 DNS 進行域名解析,使用 HTTP 進行應用數據的傳輸。
而且近三十年來,這幾個協議的發展都非常緩慢。TCP 主要是擁塞控制演算法的改進,SSL/TLS 基本上停留在原地,幾個小版本的改動主要是密碼套件的升級,TLS1.3[3] 是一個飛躍式的變化,但截止到今天,還沒有正式發布。IPv4 雖然有一個大的進步,實現了 IPv6,DNS 也增加了一個安全的 DNSSEC,但和 IPv6 一樣,部署進度較慢。
隨著移動互聯網快速發展以及物聯網的逐步興起,網路交互的場景越來越豐富,網路傳輸的內容也越來越龐大,用戶對網路傳輸效率和 WEB 響應速度的要求也越來越高。
一方面是歷史悠久使用廣泛的古老協議,另外一方面用戶的使用場景對傳輸性能的要求又越來越高。
如下幾個由來已久的問題和矛盾就變得越來越突出:
協議歷史悠久導致中間設備僵化;
依賴於操作系統的實現導致協議本身僵化;
建立連接的握手延遲大;
隊頭阻塞。
可能是 TCP 協議使用得太久,也非常可靠。所以我們很多中間設備,包括防火牆、NAT 網關,整流器等出現了一些約定俗成的動作。
比如有些防火牆只允許通過 80 和 443,不放通其他埠。NAT 網關在轉換網路地址時重寫傳輸層的頭部,有可能導致雙方無法使用新的傳輸格式。整流器和中間代理有時候出於安全的需要,會刪除一些它們不認識的選項欄位。
TCP 協議本來是支持埠、選項及特性的增加和修改。但是由於 TCP 協議和知名埠及選項使用的歷史太悠久,中間設備已經依賴於這些潛規則,所以對這些內容的修改很容易遭到中間環節的干擾而失敗。
而這些干擾,也導致很多在 TCP 協議上的優化變得小心謹慎,步履維艱。
TCP 是由操作系統在內核西方棧層面實現的,應用程序只能使用,不能直接修改。雖然應用程序的更新迭代非常快速和簡單。但是 TCP 的迭代卻非常緩慢,原因就是操作系統升級很麻煩。
現在移動終端更加流行,但是移動端部分用戶的操作系統升級依然可能滯後數年時間。PC 端的系統升級滯後得更加嚴重,windows xp 現在還有大量用戶在使用,盡管它已經存在快 20 年。
服務端系統不依賴用戶升級,但是由於操作系統升級涉及到底層軟體和運行庫的更新,所以也比較保守和緩慢。
這也就意味著即使 TCP 有比較好的特性更新,也很難快速推廣。比如 TCP Fast Open。它雖然 2013 年就被提出了,但是 Windows 很多系統版本依然不支持它。 即時通訊聊天軟體開發可以咨詢蔚可雲。
不管是 HTTP1.0/1.1 還是 HTTPS,HTTP2,都使用了 TCP 進行傳輸。HTTPS 和 HTTP2 還需要使用 TLS 協議來進行安全傳輸。
這就出現了兩個握手延遲:
1)TCP 三次握手導致的 TCP 連接建立的延遲;
2)TLS 完全握手需要至少 2 個 RTT 才能建立,簡化握手需要 1 個 RTT 的握手延遲。
對於很多短連接場景,這樣的握手延遲影響很大,且無法消除。
隊頭阻塞主要是 TCP 協議的可靠性機制引入的。TCP 使用序列號來標識數據的順序,數據必須按照順序處理,如果前面的數據丟失,後面的數據就算到達了也不會通知應用層來處理。
另外 TLS 協議層面也有一個隊頭阻塞,因為 TLS 協議都是按照 record 來處理數據的,如果一個 record 中丟失了數據,也會導致整個 record 無法正確處理。
概括來講,TCP 和 TLS1.2 之前的協議存在著結構性的問題,如果繼續在現有的 TCP、TLS 協議之上實現一個全新的應用層協議,依賴於操作系統、中間設備還有用戶的支持。部署成本非常高,阻力非常大。
所以 QUIC 協議選擇了 UDP,因為 UDP 本身沒有連接的概念,不需要三次握手,優化了連接建立的握手延遲,同時在應用程序層面實現了 TCP 的可靠性,TLS 的安全性和 HTTP2 的並發性,只需要用戶端和服務端的應用程序支持 QUIC 協議,完全避開了操作系統和中間設備的限制。
0RTT 建連可以說是 QUIC 相比 HTTP2 最大的性能優勢。那什麼是 0RTT 建連呢?
這裡面有兩層含義:
傳輸層 0RTT 就能建立連接;
加密層 0RTT 就能建立加密連接。
TCP 的擁塞控制實際上包含了四個演算法:慢啟動,擁塞避免,快速重傳,快速恢復 [22]。
QUIC 協議當前默認使用了 TCP 協議的 Cubic 擁塞控制演算法 [6],同時也支持 CubicBytes, Reno, RenoBytes, BBR, PCC 等擁塞控制演算法。
從擁塞演算法本身來看,QUIC 只是按照 TCP 協議重新實現了一遍,那麼 QUIC 協議到底改進在哪些方面呢?主要有如下幾點。
【可插拔】:
什麼叫可插拔呢?就是能夠非常靈活地生效,變更和停止。體現在如下方面:
1)應用程序層面就能實現不同的擁塞控制演算法,不需要操作系統,不需要內核支持。這是一個飛躍,因為傳統的 TCP
擁塞控制,必須要端到端的網路協議棧支持,才能實現控制效果。而內核和操作系統的部署成本非常高,升級周期很長,這在產品快速迭代,網路爆炸式增長的今天,顯然有點滿足不了需求;
2)即使是單個應用程序的不同連接也能支持配置不同的擁塞控制。就算是一台伺服器,接入的用戶網路環境也千差萬別,結合大數據及人工智慧處理,我們能為各個用戶提供不同的但又更加精準更加有效的擁塞控制。比如 BBR 適合,Cubic 適合;
3)應用程序不需要停機和升級就能實現擁塞控制的變更,我們在服務端只需要修改一下配置,reload 一下,完全不需要停止服務就能實現擁塞控制的切換。
STGW 在配置層面進行了優化,我們可以針對不同業務,不同網路制式,甚至不同的 RTT,使用不同的擁塞控制演算法。
【單調遞增的 Packet Number】:
TCP 為了保證可靠性,使用了基於位元組序號的 Sequence Number 及 Ack 來確認消息的有序到達。
QUIC 同樣是一個可靠的協議,它使用 Packet Number 代替了 TCP 的 sequence number,並且每個 Packet Number 都嚴格遞增,也就是說就算 Packet N 丟失了,重傳的 Packet N 的 Packet Number 已經不是 N,而是一個比 N 大的值。而 TCP 呢,重傳 segment 的 sequence number 和原始的 segment 的 Sequence Number 保持不變,也正是由於這個特性,引入了 Tcp 重傳的歧義問題。
QUIC 的流量控制 [22] 類似 HTTP2,即在 Connection 和 Stream 級別提供了兩種流量控制。為什麼需要兩類流量控制呢?主要是因為 QUIC 支持多路復用。
Stream 可以認為就是一條 HTTP 請求。
Connection 可以類比一條 TCP 連接。多路復用意味著在一條 Connetion 上會同時存在多條 Stream。既需要對單個 Stream 進行控制,又需要針對所有 Stream 進行總體控制。
QUIC 實現流量控制的原理比較簡單:
通過 window_update 幀告訴對端自己可以接收的位元組數,這樣發送方就不會發送超過這個數量的數據。
通過 BlockFrame 告訴對端由於流量控制被阻塞了,無法發送數據。
QUIC 的流量控制和 TCP 有點區別,TCP 為了保證可靠性,窗口左邊沿向右滑動時的長度取決於已經確認的位元組數。如果中間出現丟包,就算接收到了更大序號的 Segment,窗口也無法超過這個序列號。
但 QUIC 不同,就算此前有些 packet 沒有接收到,它的滑動只取決於接收到的最大偏移位元組數。
QUIC 的多路復用和 HTTP2 類似。在一條 QUIC 連接上可以並發發送多個 HTTP 請求 (stream)。但是 QUIC 的多路復用相比 HTTP2 有一個很大的優勢。
QUIC 一個連接上的多個 stream 之間沒有依賴。這樣假如 stream2 丟了一個 udp packet,也只會影響 stream2 的處理。不會影響 stream2 之前及之後的 stream 的處理。
這也就在很大程度上緩解甚至消除了隊頭阻塞的影響。
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