新一代互聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議QUIC淺析

　　QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一種互聯(lián)網(wǎng)傳輸層協(xié)議，它基于UDP傳輸層協(xié)議，同時(shí)兼具TCP、TLS、　/2等協(xié)議的可靠性與安全性，可以有效減少連接與傳輸延遲，更好地應(yīng)對當(dāng)前傳輸層與應(yīng)用層的挑戰(zhàn)。

　　UDP和TCP都屬于傳輸層協(xié)議。TCP是面向連接的，更強(qiáng)調(diào)的是傳輸?shù)目煽啃裕ㄟ^TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯(cuò)，不丟失，不重復(fù)，按序到達(dá)，但是因?yàn)門CP在傳遞數(shù)據(jù)之前會(huì)有三次握手來建立連接，所以效率低、占用系統(tǒng)的CPU、內(nèi)存等硬件資源較高；而UDP的無連接的（即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接），只需要知道對方地址即可發(fā)送數(shù)據(jù)，具有較好的實(shí)時(shí)性，工作效率比TCP高，占用系統(tǒng)資源比TCP少，但是在數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，假如網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不好，就會(huì)很簡單丟包。

　　我們知道，大部分Web平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸都基于TCP協(xié)議。實(shí)際上，TCP在設(shè)計(jì)之初，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜、丟包率高、網(wǎng)速差，所以TCP可以完美解決可靠性的問題。而如今的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)速都已經(jīng)取得了巨大的改善，網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性已經(jīng)不再是棘手的問題。另外，TCP還有一個(gè)很大的問題是更新非常困難。這是因?yàn)椋篢CP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)依靠于系統(tǒng)內(nèi)核更新，一旦系統(tǒng)內(nèi)核更新，終端設(shè)備、中間設(shè)備的系統(tǒng)更新都會(huì)非常緩慢，迭代需要花費(fèi)幾年甚至十幾年的時(shí)間，這顯然跟不上當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度。所以現(xiàn)在解法就是，拋棄TCP而使用UDP，來實(shí)現(xiàn)低延遲的傳輸需求。

　　為了結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)，谷歌公司推出了QUIC，它的升級不依靠于系統(tǒng)內(nèi)核，只需要Client和Server端更新到指定版本。如此一來，基于UDP的QUIC就能月更甚至周更，很好的解決了TCP部署和更新的困難，更靈活地實(shí)現(xiàn)部署和更新。

　　第一，建連延遲低

　　網(wǎng)民傳統(tǒng)TCP三次握手+TLS1~2RTT握手+　數(shù)據(jù)，基于TCP的　S一次建連至少需要2~3個(gè)RTT，而QUIC基于UDP，完整握手只需要1RTT乃至0RTT，可以顯著降低延遲。

　　第二，安全又可靠

　　QUIC具備TCP、TLS、　S/2等協(xié)議的安全、可靠性的特點(diǎn)，通過提供安全功能（如身份驗(yàn)證和加密）來實(shí)現(xiàn)加密傳輸，這些功能由傳輸協(xié)議本身的更高層協(xié)議（如TLS）來實(shí)現(xiàn)。

　　第三，改造靈活

　　QUIC在應(yīng)用程序?qū)用婢湍軐?shí)現(xiàn)不同的擁塞控制算法，不需要操作系統(tǒng)和內(nèi)核支持，這相比于傳統(tǒng)的TCP協(xié)議改造靈活性更好。

　　第四，改進(jìn)的擁塞控制

　　QUIC主要實(shí)現(xiàn)了TCP的慢啟動(dòng)、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù)。在這些擁塞控制算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)，例如單調(diào)遞增的 Packet Number，解決了重傳的二義性，確保RTT正確性，減少重傳次數(shù)。

　　第五，無隊(duì)頭阻塞的多路復(fù)用

　　　2實(shí)現(xiàn)了多路復(fù)用，可以在一條TCP流上并發(fā)多個(gè)　請求，但基于TCP的　2在傳輸層卻有個(gè)問題，TCP無法識(shí)別不同的　2流，實(shí)際收數(shù)據(jù)仍是一個(gè)隊(duì)列，當(dāng)后發(fā)的流先收到時(shí)，會(huì)因前面的流未到達(dá)而被阻塞。QUIC一個(gè)connection可以復(fù)用傳輸多個(gè)stream，每個(gè)stream之間都是獨(dú)立的，一個(gè)stream的丟包不會(huì)影響到其他stream的接收和處理。

　　綜上所述，QUIC具有眾多優(yōu)點(diǎn)，它融合了UDP協(xié)議的速度、性能與TCP的安全與可靠，大大優(yōu)化了互聯(lián)網(wǎng)傳輸體驗(yàn)。

　　作為提升終端用戶訪問效率的CDN服務(wù)，其節(jié)點(diǎn)之間存在大量數(shù)據(jù)互通，節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接、傳輸架構(gòu)等因素都會(huì)對CDN服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響。而將QUIC應(yīng)用在CDN系統(tǒng)中，CDN用戶開啟QUIC功能后，系統(tǒng)將遵循QUIC協(xié)議進(jìn)行用戶IP請求處理，既能滿足安全傳輸?shù)男枨螅材芴嵘齻鬏斝省Ｄ壳埃⒗镌艭DN除了在資源部署、智能調(diào)度等方面進(jìn)行提升之外，也在網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議優(yōu)化上不斷鉆研演進(jìn)，以此確保為用戶提供更低延遲、更高性能的內(nèi)容分發(fā)加速服務(wù)。

　　早在2021年杭州云棲大會(huì)上，阿里云率先提出AliQUIC的概念，它是基于QUIC協(xié)議而推出的一種CDN last mile和middle mile的網(wǎng)絡(luò)傳輸解決方案。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)方案里，AliQUIC不僅僅針對Web類應(yīng)用，它在游戲，實(shí)時(shí)音視頻通信，互動(dòng)直播和IM彈幕等各種場景中，延伸出針對性地算法和技術(shù)，以達(dá)到很佳的加速效果。點(diǎn)擊閱讀詳情。

　　阿里云CDN全面支持QUIC協(xié)議

　　阿里云CDN全面支持QUIC協(xié)議，適用的產(chǎn)品包含靜態(tài)內(nèi)容分發(fā)（圖片小文件、大文件下載、視音頻點(diǎn)播）和 動(dòng)態(tài)內(nèi)容分發(fā)（全站加速）。QUIC基于UDP協(xié)議，可以為用戶提供更高的弱網(wǎng)性能、更低的握手延遲、更好的多路復(fù)用和更靈活的擁塞算法。

　　用戶只需在CDN、全站加速控制臺(tái)對域名開啟【QUIC協(xié)議開關(guān)】功能，支持QUIC協(xié)議的客戶端即可通過QUIC協(xié)議與阿里云CDN節(jié)點(diǎn)通信。

　　假如您使用Chrome瀏覽器，則只支持QUIC協(xié)議Q43版本。當(dāng)前阿里云CDN的QUIC協(xié)議是Q39版本，不支持直接對阿里云CDN發(fā)起QUIC請求。

　　假如您使用自研App，則App必須集成支持QUIC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)庫，例如：lsquic-client或cronet網(wǎng)絡(luò)庫。

　　一、圖片小文件：明顯降低文件下載總耗時(shí)，提升效率

　　二、視頻點(diǎn)播：提升首屏秒開率，降低卡頓率，提升用戶觀看體驗(yàn)

　　三、動(dòng)態(tài)請求：適用于動(dòng)態(tài)請求，提升訪問速度，如網(wǎng)頁登錄、交易等交互體驗(yàn)提升

　　四、弱網(wǎng)環(huán)境：在丟包和網(wǎng)絡(luò)延遲嚴(yán)重的情況下仍可提供可用的服務(wù)，并優(yōu)化卡頓率、請求失敗率、秒開率、提高連接成功率等傳輸指標(biāo)

　　五、大并發(fā)連接：連接可靠性強(qiáng)，支持頁面資源數(shù)較多、并發(fā)連接數(shù)較多情況下的訪問速率提升

　　六、加密連接：具備安全、可靠的傳輸性能

　　目前QUIC對外開放處于公測階段，請您掃下方二維碼進(jìn)入釘釘群，進(jìn)群后按群公告提供域名信息，由后臺(tái)工程師幫您開啟QUIC協(xié)議。當(dāng)您在阿里云CDN開啟QUIC協(xié)議功能時(shí)，阿里云CDN將會(huì)處理通過QUIC協(xié)議發(fā)起的用戶請求。

　　Tips：QUIC協(xié)議屬于增值服務(wù)，會(huì)對QUIC請求數(shù)進(jìn)行額外計(jì)費(fèi)，詳情請參見CDN具體價(jià)格信息的QUIC部分（　

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　　本文作者：樰籬

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