http3了解
HTTP/2 存在的问题
我们知道,传统 Web 平台的数据传输都基于 TCP 协议,而 TCP 协议在创建连接之前不可避免的需要三次握手,如果需要提高数据交互的安全性,即增加传输层安全协议(TLS),还会增加更多的握手次数。 HTTP 从 1.0 到 2.0,其传输层都是基于 TCP 协议的。即使是带来巨大性能提升的 HTTP/2,也无法完全解决 TCP 协议存在的固有问题(慢启动,拥塞窗口尺寸的设置等)。此外,HTTP/2 多路复用只是减少了连接数,其队头的拥塞问题并没有完全解决,倘若 TCP 丢包率过大,则 HTTP/2 的表现将不如 HTTP/1.1。
QUIC 协议
QUIC(Quick UDP Internet Connections),直译为快速 UDP 网络连接,是谷歌制定的一种基于 UDP 的低延迟传输协议。其主要目的是解决采用传输层 TCP 协议存在的问题,同时满足传输层和应用层对多连接、低延迟等的需求。该协议融合了 TCP, TLS, HTTP/2 等协议的特性,并基于 UDP传输。该协议带来的主要提升有:
低延迟连接。当客户端第一次连接服务器时,QUIC 只需要 1 RTT(Round-Trid Time)延迟就可以建立安全可靠的连接(采用 TLS 1.3 版本),相比于 TCP + TLS 的 3 次 RTT 要更加快捷。之后,客户端可以在本地缓存加密的认证信息,当再次与服务器建立连接时可以实现 0 RTT 的连接建立延迟。
QUIC 复用了 HTTP/2 协议的多路复用功能,由于 QUIC 基于 UDP,所以也避免了 HTTP/2存在的队头阻塞问题。
基于 UDP 协议的 QUIC 运行在用户域而不是系统内核,这使得 QUIC 协议可以快速的更新和部署,从而很好地解决了 TPC 协议部署及更新的困难。
QUIC 的报文是经过加密和认证的,除了少量的报文,其它所有的 QUIC 报文头部都经过了认证,报文主体经过了加密。只要有攻击者篡改 QUIC 报文,接收端都能及时发现。
具有向前纠错机制,每个数据包携带了除了本身内容外的部分其他数据包的内容,使得在出现少量丢包的情况下,尽量地减少其它包的重传次数,其通过牺牲单个包所携带的有效数据大小换来更少的重传次数,这在丢包数量较小的场景下能够带来一定程度的性能提升。
HTTP/3
HTTP/3 是在 QUIC 基础上发展起来的,其底层使用 UDP 进行数据传输,上层仍然使用 HTTP/2。在 UDP 与 HTTP/2 之间存在一个 QUIC 层,其中 TLS 加密过程在该层进行处理。HTTP/3 主要有以下几个特点:
① 使用 UDP 作为传输层进行通信;
② 在 UDP 之上的 QUIC 协议保证了 HTTP/3 的安全性。QUIC 在建立连接的过程中就完成了 TLS 加密握手;
③ 建立连接快,正常只需要 1 RTT 即可建立连接。如果有缓存之前的会话信息,则直接验证和建立连接,此过程 0 RTT。建立连接时,也可以带有少量业务数据;
④ 不和具体底层连接绑定,QUIC 为每个连接的两端分别分配了一个唯一 ID,上层连接只认这对逻辑 ID。网络切换或者断连时,只需要继续发送数据包即可完成连接的建立;
⑤ 使用 QPACK 进行头部压缩,因为 在 HTTP/2 中的 HPACK 要求传输过程有序,这会导致队头阻塞,而 QPACK 不存在这个问题。
最后我们使用一张图来清晰的表示出 HTTP 协议的发展变化:
http1和http2的区别
相比于 HTTP/1.X 的文本(字符串)传送, HTTP/2.0 采用二进制传送。客户端和服务器传输数据时把数据分成帧,帧组成了数据流,流具有流 ID 标识和优先级,通过优先级以及流依赖能够一定程度上解决关键请求被阻塞的问题。 HTTP/2.0 支持多路复用。因为流 ID 的存在, 通过同一个 HTTP 请求可以实现多个 HTTP 请求传输,客户端和服务器可以通过流 ID 来标识究竟是哪个流从而定位到是哪个 HTTP 请求。 HTTP/2.0 头部压缩。HTTP/2.0 通过 gzip 和 compress 压缩头部然后再发送,同时通信双方会维护一张头信息表,所有字段都记录在这张表中,在每次 HTTP 传输时只需要传头字段在表中的索引即可,大大减小了重传次数和数据量。 HTTP/2.0 支持服务器推送。 服务器在客户端未经请求许可的情况下,可预先向客户端推送需要的内容,客户端在退出服务时可通过发送复位相关的请求来取消服务端的推送。
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