HTTP/2 存在一些比较严重的与 TCP 协议相关的缺陷,但由于 TCP 协议僵化,我们几乎不可能通过修改 TCP 协议自身来解决这些问题,那么解决问题的思路是绕过 TCP 协议,发明一个 TCP 和 UDP 之外的新的传输协议。但是这也面临着和修改 TCP 一样的挑战,因为中间设备的僵化,这些设备只认 TCP 和 UDP,如果采用了新的协议,新协议在这些设备同样不被很好地支持。
HTTP/3 选择了一个折衷的方法——UDP 协议,基于 UDP 实现了类似于 TCP 的多路数据流、传输可靠性等功能,我们把这套功能称为 QUIC 协议。关于 HTTP/2 和 HTTP/3 协议栈的比较。
通过上图我们可以看出,HTTP/3 中的 QUIC 协议集合了以下几点功能。
- 实现了类似 TCP 的流量控制、传输可靠性的功能。虽然 UDP 不提供可靠性的传输,但 QUIC 在 UDP 的基础之上增加了一层来保证数据可靠性传输。它提供了数据包重传、拥塞控制以及其他一些 TCP 中存在的特性。
- 集成了 TLS 加密功能。目前 QUIC 使用的是 TLS1.3,相较于早期版本 TLS1.3 有更多的优点,其中最重要的一点是减少了握手所花费的 RTT 个数。
- 实现了 HTTP/2 中的多路复用功能。和 TCP 不同,QUIC 实现了在同一物理连接上可以有多个独立的逻辑数据流。实现了数据流的单独传输,就解决了 TCP 中队头阻塞的问题。
- 实现了快速握手功能。由于 QUIC 是基于 UDP 的,所以 QUIC 可以实现使用 0-RTT 或者 1-RTT 来建立连接,这意味着 QUIC 可以用最快的速度来发送和接收数据,这样可以大大提升首次打开页面的速度。
通过上面的分析,我们相信在技术层面,HTTP/3 是个完美的协议。不过要将 HTTP/3 应用到实际环境中依然面临着诸多严峻的挑战,这些挑战主要来自于以下三个方面。
第一,从目前的情况来看,服务器和浏览器端都没有对 HTTP/3 提供比较完整的支持。Chrome 虽然在数年前就开始支持 Google 版本的 QUIC,但是这个版本的 QUIC 和官方的 QUIC 存在着非常大的差异。
第二,部署 HTTP/3 也存在着非常大的问题。因为系统内核对 UDP 的优化远远没有达到 TCP 的优化程度,这也是阻碍 QUIC 的一个重要原因。
第三,中间设备僵化的问题。这些设备对 UDP 的优化程度远远低于 TCP,据统计使用 QUIC 协议时,大约有 3%~7% 的丢包率。