新一代互联网传输协议QUIC浅析

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2019-08-01 15:42:10

QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一种互联网传输层协议，它基于UDP传输层协议，同时兼具TCP、TLS、HTTP/2等协议的可靠性与安全性，可以有效减少连接与传输延迟，更好地应对当前传输层与应用层的挑战。

QUIC的由来：为什么是UDP而非TCP？

UDP和TCP都属于传输层协议。TCP是面向连接的，更强调的是传输的可靠性，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，按序到达，但是因为TCP在传递数据之前会有三次握手来建立连接，所以效率低、占用系统的CPU、内存等硬件资源较高；而UDP的无连接的（即发送数据之前不需要建立连接），只需要知道对方地址即可发送数据，具有较好的实时性，工作效率比TCP高，占用系统资源比TCP少，但是在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

我们知道，大部分Web平台的数据传输都基于TCP协议。实际上，TCP在设计之初，网络环境复杂、丢包率高、网速差，所以TCP可以完美解决可靠性的问题。而如今的网络环境和网速都已经取得了巨大的改善，网络传输可靠性已经不再是棘手的问题。另外，TCP还有一个很大的问题是更新非常困难。这是因为：TCP网络协议栈的实现依赖于系统内核更新，一旦系统内核更新，终端设备、中间设备的系统更新都会非常缓慢，迭代需要花费几年甚至十几年的时间，这显然跟不上当今互联网的发展速度。所以现在解法就是，抛弃TCP而使用UDP，来实现低延迟的传输需求。

（QUIC is very similar to TCP+TLS+HTTP/2 implemented on UDP）

为了结合两者优点，谷歌公司推出了QUIC，它的升级不依赖于系统内核，只需要Client和Server端更新到指定版本。如此一来，基于UDP的QUIC就能月更甚至周更，很好的解决了TCP部署和更新的困难，更灵活地实现部署和更新。

为什么要用QUIC？

第一，建连延迟低

网民传统TCP三次握手+TLS1~2RTT握手+http数据，基于TCP的HTTPS一次建连至少需要2~3个RTT，而QUIC基于UDP，完整握手只需要1RTT乃至0RTT，可以显著降低延迟。

（握手比对）

第二，安全又可靠

QUIC具备TCP、TLS、HTTPS/2等协议的安全、可靠性的特点，通过提供安全功能（如身份验证和加密）来实现加密传输，这些功能由传输协议本身的更高层协议（如TLS）来实现。

第三，改造灵活

QUIC在应用程序层面就能实现不同的拥塞控制算法，不需要操作系统和内核支持，这相比于传统的TCP协议改造灵活性更好。

第四，改进的拥塞控制

QUIC主要实现了TCP的慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复。在这些拥塞控制算法的基础上改进，例如单调递增的 Packet Number，解决了重传的二义性，确保RTT准确性，减少重传次数。

第五，无队头阻塞的多路复用

HTTP2实现了多路复用，可以在一条TCP流上并发多个HTTP请求，但基于TCP的HTTP2在传输层却有个问题，TCP无法识别不同的HTTP2流，实际收数据仍是一个队列，当后发的流先收到时，会因前面的流未到达而被阻塞。QUIC一个connection可以复用传输多个stream，每个stream之间都是独立的，一个stream的丢包不会影响到其他stream的接收和处理。

综上所述，QUIC具有众多优点，它融合了UDP协议的速度、性能与TCP的安全与可靠，大大优化了互联网传输体验。

作为提升终端用户访问效率的CDN服务，其节点之间存在大量数据互通，节点之间的网络连接、传输架构等因素都会对CDN服务质量产生影响。而将QUIC应用在CDN系统中，CDN用户开启QUIC功能后，系统将遵循QUIC协议进行用户IP请求处理，既能满足安全传输的需求，也能提升传输效率。目前，阿里云CDN除了在资源部署、智能调度等方面进行提升之外，也在网络传输协议优化上不断钻研演进，以此确保为用户提供更低延迟、更高性能的内容分发加速服务。

早在2018年杭州云栖大会上，阿里云率先提出AliQUIC的概念，它是基于QUIC协议而推出的一种CDN last mile和middle mile的网络传输解决方案。在这个网络方案里，AliQUIC不仅仅针对Web类应用，它在游戏，实时音视频通信，互动直播和IM弹幕等各种场景中，延伸出针对性地算法和技术，以达到最佳的加速效果。点击阅读详情。