【网络】QUIC协议和HTTP3

面试常考，临时抱佛脚学一下。参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/266578819

HTTP1.0和HTTP1.1

HTTP1.0中，每一个请求必须等上一个请求收到响应了才能继续。且每一次请求都会重新建立TCP链接。

HTTP1.1中可以复用TCP链接，但是依旧没有解决队头阻塞的问题，虽然复用了TCP链接，但是请求B依旧需要等待请求A的响应，才能继续发送。

换句话说，服务器发送响应必须严格按照客户端发送请求的顺序。客户端按ABC发送，服务端也需要按ABC返回响应。

HTTP2的升级

总结就是：

1. steam并发传输；
2. 哈夫曼编码HPACK压缩header为二进制后传输；
3. 服务器可以主动推送资源给客户端；

并发传输就是在HTTP中添加一个Steam ID，通过ID来标识不同的HTTP请求报文，这样就能在同一个TCP传输流中并发传输多个HTTP报文。而在HTTP1.1中，虽然可以复用同一个TCP链接，但是HTTP1.1中在某个请求没有收到响应之前，是无法传输其他请求的。

压缩header：通过哈夫曼编码在双方建立一个动态表，其中包括61项常用header的静态表，同时可以对静态表进行动态扩展（需要使用但不在61项中的header），最终发送header的时候，会用序号来替代header的字符串，同时对header的value进行压缩，从而减少HTTP包的长度。

服务器主动推送：请求一个资源后，服务器可以主动将其他客户端用的上的资源推送给客户端，而不需要等客户端主动请求。比如请求index.html后，将需要的js/css也推送给客户端。

QUIC可靠性保证

其实这个问题就是UDP如何保证可靠性（加什么东西？），把TCP可靠性机制往里面加就行了。

1. 重传机制
2. 确认机制
3. 握手机制（快速握手）
4. 拥塞控制（应用层处理的）
5. 多路复用（多个stream并发）
6. 前向纠错（校验码）

QUIC的特点

https://www.xiaolincoding.com/network/2_http/http3.html#%E6%9B%B4%E5%BF%AB%E7%9A%84%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E5%BB%BA%E7%AB%8B

无队头阻塞

无队头阻塞：HTTP2中用tcp实现多stream并发传输，但是tcp本身需要保证数据到达应用层的有序性。假设有这样的报文到达顺序

stream1 tcp1
stream2 tcp2
stream1 tcp3 # 丢包
stream2 tcp4
stream3 tcp5

此时tcp3出现了丢包，虽然我们客户端已经收到了服务器发送的stream2(tcp4)和stream3(tcp5)，但因为tcp协议栈需要维护序号有序性，没有收到tcp3之前，它不会把后序的数据交付给上层，这就导致了stream2/3因为stream1的丢包而出现了阻塞，也就是队头阻塞的含义。

而QUIC基于UDP，因为UDP本身是无连接的，所以它不会出现队头阻塞的问题。

stream1 udp3 # 丢包
stream2 udp4
stream3 udp5

即便udp3丢包了，也不会影响udp4/5，此时steam2/3也能被正常交付给上层供HTTP使用。

反映到浏览器加载中，有可能这里的udp4/5就是steam2/3的最后一个分片，交付给上层后就已组成了一个完整的HTTP报文，表现在浏览器上就是某一个模块加载出来了，会让用户的体验更好。

更快的链接建立

在通过TCP实现HTTPS的时候，需要涉及到TCP三次握手和TLS/SSL握手。其中TCP三次握手和SSL握手都要进行3次数据传输，一共就是6次单向传输了（3RTT）。

而UDP实现的QUIC也需要握手，这个过程是1RTT。但是QUIC本身就是一个应用层实现的协议，它可以直接在第一次链接的时候就携带TLS/SSL的相关信息，第二次链接的时候发送QUIC握手报文+TLS握手报文和数据载荷，同时完成TLS握手的功能，近似实现0RTT的握手。

这里涉及到了TLS1.3，先暂且不去深入了解，知道大概就行。

链接迁移

在基于TCP的HTTP中，需要通过IP和TCP端口的四元组来定位客户端和服务端。

假设我们从WIFI切换成4G/5G，此时客户端的ip和端口肯定会发生变化，而在旧版本中，这就需要使用TCP重新和服务器进行三次握手和TLS链接建立，才能重新开始数据传输。

而QUIC中，除了IP/UDP的四元组外，还有个独特的QUIC会话ID来标识两边的传输。

假设一个客户端从WIFI切换成5G，发生了IP和端口的变化，但它发送的QUIC请求报文中，依旧包含了之前的QUIC会话ID，此时服务器可以通过这个会话ID定位之前的传输，并继续传输之前中断的时候的数据。

再加上前文提到的QUIC握手次数少，这两个相结合，客户端切换IP和端口的时间消耗就更少了！

HTTP3的QPACK

在HTTP2中，会用HPACK来将更新后的动态header表发送给对方，但是它的HPACK并没有确认机制。也就是说，如果你发送的一个新的HPACK更新丢包了，对方没有收到，也就不认识某个新的header序号，此时客户端发送的信息就没有办法被正常解码了，此时会出现阻塞。

而QPACK就是在HPACK的基础上加入了确认机制。有两个链接来进行

• 一个叫 QPACK Encoder Stream，用于将一个字典（Key-Value）传递给对方，比如面对不属于静态表的 HTTP 请求头部，客户端可以通过这个 Stream 发送字典；
• 一个叫 QPACK Decoder Stream，用于响应对方，告诉它刚发的字典已经更新到自己的本地动态表了，后续就可以使用这个字典来编码了。

这两个特殊的单向流是用来同步双方的动态表，编码方收到解码方更新确认的通知后，才使用动态表编码 HTTP 头部。

当A给B发送的动态表没有被收到时，A还不会对这个新的header进行压缩（以原始形式进行发送）。直到收到B对这个动态表的响应了，才会压缩传输。

这样就避免了HPACK中A会压缩发送一个B还不知道的动态表中的header的情况。