新一代互聯網傳輸協議QUIC淺析

QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一種互聯網傳輸層協議，它基於UDP傳輸層協議，同時兼具TCP、TLS、HTTP/2等協議的可靠性與安全性，能夠有效減小鏈接與傳輸延遲，更好地應對當前傳輸層與應用層的挑戰。

QUIC的由來：爲何是UDP而非TCP？

UDP和TCP都屬於傳輸層協議。TCP是面向鏈接的，更強調的是傳輸的可靠性，經過TCP鏈接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重複，按序到達，可是由於TCP在傳遞數據以前會有三次握手來創建鏈接，因此效率低、佔用系統的CPU、內存等硬件資源較高；而UDP的無鏈接的（即發送數據以前不須要創建鏈接），只須要知道對方地址便可發送數據，具備較好的實時性，工做效率比TCP高，佔用系統資源比TCP少，可是在數據傳遞時，若是網絡質量很差，就會很容易丟包。

咱們知道，大部分Web平臺的數據傳輸都基於TCP協議。實際上，TCP在設計之初，網絡環境複雜、丟包率高、網速差，因此TCP能夠完美解決可靠性的問題。而現在的網絡環境和網速都已經取得了巨大的改善，網絡傳輸可靠性已經再也不是棘手的問題。另外，TCP還有一個很大的問題是更新很是困難。這是由於：TCP網絡協議棧的實現依賴於系統內核更新，一旦系統內核更新，終端設備、中間設備的系統更新都會很是緩慢，迭代須要花費幾年甚至十幾年的時間，這顯然跟不上當今互聯網的發展速度。因此如今解法就是，拋棄TCP而使用UDP，來實現低延遲的傳輸需求。

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

爲告終合二者優勢，谷歌公司推出了QUIC，它的升級不依賴於系統內核，只須要Client和Server端更新到指定版本。如此一來，基於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，更靈活地實現部署和更新。

爲何要用QUIC？

第一，建連延遲低

網民傳統TCP三次握手+TLS1~2RTT握手+http數據，基於TCP的HTTPS一次建連至少須要2~3個RTT，而QUIC基於UDP，完整握手只須要1RTT乃至0RTT，能夠顯著下降延遲。

（握手比對）

第二，安全又可靠

QUIC具有TCP、TLS、HTTPS/2等協議的安全、可靠性的特色，經過提供安全功能（如身份驗證和加密）來實現加密傳輸，這些功能由傳輸協議自己的更高層協議（如TLS）來實現。

第三，改造靈活

QUIC在應用程序層面就能實現不一樣的擁塞控制算法，不須要操做系統和內核支持，這相比於傳統的TCP協議改造靈活性更好。

第四，改進的擁塞控制

QUIC主要實現了TCP的慢啓動、擁塞避免、快重傳、快恢復。在這些擁塞控制算法的基礎上改進，例如單調遞增的 Packet Number，解決了重傳的二義性，確保RTT準確性，減小重傳次數。

第五，無隊頭阻塞的多路複用

HTTP2實現了多路複用，能夠在一條TCP流上併發多個HTTP請求，但基於TCP的HTTP2在傳輸層卻有個問題，TCP沒法識別不一樣的HTTP2流，實際收數據還是一個隊列，當後發的流先收到時，會因前面的流未到達而被阻塞。QUIC一個connection能夠複用傳輸多個stream，每一個stream之間都是獨立的，一個stream的丟包不會影響到其餘stream的接收和處理。

綜上所述，QUIC具備衆多優勢，它融合了UDP協議的速度、性能與TCP的安全與可靠，大大優化了互聯網傳輸體驗。

做爲提高終端用戶訪問效率的CDN服務，其節點之間存在大量數據互通，節點之間的網絡鏈接、傳輸架構等因素都會對CDN服務質量產生影響。而將QUIC應用在CDN系統中，CDN用戶開啓QUIC功能後，系統將遵循QUIC協議進行用戶IP請求處理，既能知足安全傳輸的需求，也能提高傳輸效率。目前，阿里雲CDN除了在資源部署、智能調度等方面進行提高以外，也在網絡傳輸協議優化上不斷鑽研演進，以此確保爲用戶提供更低延遲、更高性能的內容分發加速服務。

早在2018年杭州雲棲大會上，阿里雲率先提出AliQUIC的概念，它是基於QUIC協議而推出的一種CDN last mile和middle mile的網絡傳輸解決方案。在這個網絡方案裏，AliQUIC不只僅針對Web類應用，它在遊戲，實時音視頻通訊，互動直播和IM彈幕等各類場景中，延伸出針對性地算法和技術，以達到最佳的加速效果。點擊閱讀詳情。

阿里雲CDN全面支持QUIC協議

阿里雲CDN全面支持QUIC協議，適用的產品包含靜態內容分發（圖片小文件、大文件下載、視音頻點播）和 動態內容分發（全站加速）。QUIC基於UDP協議，能夠爲用戶提供更高的弱網性能、更低的握手延遲、更好的多路複用和更靈活的擁塞算法。

用戶只需在CDN、全站加速控制檯對域名開啓【QUIC協議開關】功能，支持QUIC協議的客戶端便可經過QUIC協議與阿里雲CDN節點通訊。

(在阿里雲CDN中使用QUIC的工做原理)

QUIC對客戶端的要求

• 若是您使用Chrome瀏覽器，則只支持QUIC協議Q43版本。當前阿里雲CDN的QUIC協議是Q39版本，不支持直接對阿里雲CDN發起QUIC請求。
• 若是您使用自研App，則App必須集成支持QUIC協議的網絡庫，例如：lsquic-client或cronet網絡庫。

QUIC應用場景

1、圖片小文件：明顯下降文件下載總耗時，提高效率
2、視頻點播：提高首屏秒開率，下降卡頓率，提高用戶觀看體驗
3、動態請求：適用於動態請求，提高訪問速度，如網頁登陸、交易等交互體驗提高
4、弱網環境：在丟包和網絡延遲嚴重的狀況下仍可提供可用的服務，並優化卡頓率、請求失敗率、秒開率、提升鏈接成功率等傳輸指標
5、大併發鏈接：鏈接可靠性強，支持頁面資源數較多、併發鏈接數較多狀況下的訪問速率提高
6、加密鏈接：具有安全、可靠的傳輸性能

如何開通使用QUIC

目前QUIC對外開放處於公測階段，請您掃下方二維碼進入釘釘羣，進羣后按羣公告提供域名信息，由後臺工程師幫您開啓QUIC協議。當您在阿里雲CDN開啓QUIC協議功能時，阿里雲CDN將會處理經過QUIC協議發起的用戶請求。

Tips：QUIC協議屬於增值服務，會對QUIC請求數進行額外計費，詳情請參見CDN詳細價格信息的QUIC部分。

 

本文做者：樰籬

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