HTTP 3.0彻底放弃TCP，TCP到底做错了什么？
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2022-07-09 04:53
作者 l Hollis
从HTTP/1.0开始，一直到HTTP/2，不管应用层协议如何改进，TCP一直以来都是HTTP协议的基础，主要是因为他能提供可靠连接。
但是，从HTTP 3.0开始，这个情况就有所变化了。
因为，在最新推出的HTTP 3.0中，已经彻底弃用TCP协议了。
我们知道，TCP传输过程中会把数据拆分为一个个**按照顺序**排列的数据包，这些数据包通过网络传输到了接收端，接收端再**按照顺序**将这些数据包组合成原始数据，这样就完成了数据传输。
但是如果其中的某一个数据包没有按照顺序到达，接收端会一直保持连接等待数据包返回，这时候就会阻塞后续请求。这就发生了**TCP队头阻塞。**
HTTP/1.1的管道化持久连接也是使得同一个TCP链接可以被多个HTTP使用，但是HTTP/1.1中规定一个域名可以有6个TCP连接。而HTTP/2中，同一个域名只是用一个TCP连接。
所以，在HTTP/2中，TCP队头阻塞造成的影响会更大，因为HTTP/2的多路复用技术使得多个请求其实是基于同一个TCP连接的，那如果某一个请求造成了TCP队头阻塞，那么多个请求都会受到影响。
我们都知道TCP的可靠连接是基于三次握手与四次挥手实现的。但是问题是三次握手是需要消耗时间的。
TCP三次握手的过程客户端和服务器之间需要交互三次，那么也就是说需要额外消耗1.5 RTT。
> RTT：网络延迟（Round Trip Time）。他是指一个请求从客户端浏览器发送一个请求数据包到服务器，再从服务器得到响应数据包的这段时间。RTT 是反映网络性能的一个重要指标。
在客户端和服务端距离比较远的情况下，如果一个RTT达到300-400ms，那么我握手过程就会显得很”慢”了。
基于上面我们提到的两个问题，有人提出来说：既然TCP存在这些问题，并且我们也知道这些问题的存在，甚至解决方案也不难想到，为什么不能对协议本身做一次升级，解决这些问题呢？
其实，这就涉及到一个”协议僵化“的问题。
这样讲，我们在互联网上浏览数据的时候，数据的传输过程其实是极其复杂的。
我们知道的，想要在家里使用网络有几个前提，首先我们要通过运行商开通网络，并且需要使用路由器，而路由器就是网络传输过程中的一个中间设备。
中间设备是指插入在数据终端和信号转换设备之间，完成调制前或解调后某些附加功能的辅助设备。例如集线器、交换机和无线接入点、路由器、安全解调器、通信服务器等都是中间设备。
在我们看不到的地方，这种中间设备还有很多很多，一个网络需要经过无数个中间设备的转发才能到达终端用户。
如果TCP协议需要升级，那么意味着需要这些中间设备都能支持新的特性，我们知道路由器我们可以重新换一个，但是其他的那些中间设备呢？尤其是那些比较大型的设备呢？更换起来的成本是巨大的。
而且，除了中间设备之外，操作系统也是一个重要的因素，因为TCP协议需要通过操作系统内核来实现，而操作系统的更新也是非常滞后的。
所以，这种问题就被称之为”中间设备僵化”，也是导致”协议僵化”的重要原因。这也是限制着TCP协议更新的一个重要原因。
所以，近些年来，由IETF标准化的许多TCP新特性都因缺乏广泛支持而没有得到广泛的部署或使用！
所以，摆在HTTP/3.0面前的就只有一条路，那就是放弃TCP。
于是，HTTP/3.0在基于UDP+迪菲赫尔曼算法（Diffie–Hellman）之上实现了QUIC协议（Quick UDP Internet Connections）。
QUIC协议有以下特点：
基于UDP的传输层协议：它使用UDP端口号来识别指定机器上的特定服务器。
可靠性：虽然UDP是不可靠传输协议，但是QUIC在UDP的基础上做了些改造，使得他提供了和TCP类似的可靠性。它提供了数据包重传、拥塞控制、调整传输节奏以及其他一些TCP中存在的特性。
实现了无序、并发字节流：QUIC的单个数据流可以保证有序交付，但多个数据流之间可能乱序，这意味着单个数据流的传输是按序的，但是多个数据流中接收方收到的顺序可能与发送方的发送顺序不同！
快速握手：QUIC提供0-RTT和1-RTT的连接建立
使用TLS 1.3传输层安全协议：与更早的TLS版本相比，TLS 1.3有着很多优点，但使用它的最主要原因是其握手所花费的往返次数更低，从而能降低协议的延迟。
以上，我们介绍了很多QUIC的相比较于TCP的优点，可以说这种协议相比较于TCP确实要优秀一些。
因为他是基于UDP的，并没有改变UDP协议本身，只是做了一些增强，虽然可以避开中间设备僵化的问题，但是，在推广上面也不是完全没有问题的。
首先，很多企业、运营商和组织对53端口（DNS）以外的UDP流量会进行拦截或者限流，因为这些流量近来常被滥用于攻击。
特别是一些现有的UDP协议和实现易受放大攻击（amplification attack）威胁，攻击者可以控制无辜的主机向受害者投放发送大量的流量。
所以，基于UDP的QUIC协议的传输可能会受到屏蔽。
另外，因为UDP一直以来定位都是不可靠连接，所以有很多中间设备对于他的支持和优化程度并不高，所以，出现丢包的可能性还是有的。。。
但是不管怎么样，HTTP/3.0的时代一定会到来的，QUIC协议全面代替TCP的时代也会到来的，让我们拭目以待吧。
（完）
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