27 HTTP/3

一篇写得很细的博文：HTTP3.0和QUIC协议那些事

为什么说HTTP2 没有完全解决队头堵塞呢？

HTTP/2 虽然使用帧、流、多路复用，（在应用层）没有了队头阻塞，但这些手段都是在 应用层 里，而在下层传输层的 TCP 协议 里，还是会发生队头阻塞

队头阻塞的解决方案
- HTTP/1.1 存在 HTTP 层和 TCP 层两个层次的队头阻塞
- HTTP/2 - 多路复用机制 解决了 HTTP 层（应用层）的队头阻塞，TCP 层仍存在
TCP队头堵塞 - TCP拥塞控制的四个算法：慢启动，拥塞避免，快速重传，快速恢复

当 HTTP/2 把多个 请求 - 响应 分解成流，交给 TCP 后，TCP 会再拆成更小的包 segment 依次发送

队头堵塞：TCP 为了保证可靠传输，有个特别的 丢包重传 机制，丢失的包必须要 等待重新传输确认，其他的包即使已经收到了，也只能放在缓冲区里，上层的应用拿不出来，只能干着急【一个数据包影响了一堆数据包，它不来大家都走不了】

QUIC - 传输层协议（和TCP平级）

HTTP/3 将 TCP 更换为 UDP – 因为 UDP 是 无序的，包之间没有依赖关系，所以就从根本上解决了队头阻塞

着重对比下 HTTP/2 和 HTTP/3如下：

1、QUIC 基于 UDP，而 UDP 是 无连接 的，根本就不需要 握手和挥手，所以天生就要比 TCP 快

2、引入了类似 HTTP/2 的流和 多路复用，单个流是有序的，可能会因为丢包而阻塞，但其他流不会受到影响

QUIC 一个连接上的多个 stream 之间没有依赖。这样假如 stream2 丢了一个 udp packet，也只会影响 stream2 的处理。不会影响 stream2 之前及之后的 stream 的处理

3、QUIC 直接应用了 TLS1.3，获得了 0-RTT、1-RTT 连接的好处

QUIC协议可以实现在第一个包就可以包含有效的应用数据，从而实现0RTT（前提条件：非首次传输）

4、QUIC 全面采用加密通信，可以很好地抵御窜改和协议僵化

5、QUIC 并不是建立在 TLS 之上，而是内部 包含了 TLS。它使用自己的帧接管了 TLS 里的记录，握手消息、警报消息都不使用 TLS 记录，直接封装成 QUIC 的帧发送，省掉了一次开销

QUIC 的基本数据传输单位是包（packet）和帧（frame），一个包由多个帧组成，包面向的是连接，帧面向的是流
QUIC 使用 不透明的连接 ID 来标记通信的两个端点，客户端和服务器可以自行选择一组 ID 来标记自己，这样就 解除了 TCP 里连接对IP 地址 + 端口 的强绑定，支持 连接迁移

举例：手机会自动由 4G 切换到 WiFi –> 这时 IP 地址会发生变化，TCP 就必须重新建立连接；而 QUIC 连接里的两端连接 ID 不会变，所以连接在“逻辑上”没有中断，它就可以在新的 IP 地址上继续使用之前的连接，消除重连的成本，实现连接的无缝迁移
解析结构细节：

1、帧类型

PING、ACK 等帧用于管理连接，而 STREAM 帧专门用来实现流

2、流标识符

HTTP/2 里的流都是双向的，而 QUIC 则分为双向流和单向流

流 ID 还保留了最低两位用作标志，第 1 位标记流的发起者，0 -客户端，1 - 服务器；第 2 位标记流的方向，0 - 双向流，1 - 单向流。

因为 QUIC 本身就已经支持了加密、流和多路复用，所以 HTTP/3 把 流控制 都交给 QUIC 去做。

流控制

调用的不再是 TLS 的安全接口，也不是 Socket API，而是专门的 QUIC 函数
HTTP/3 的帧结构

帧头：只有两个字段 类型和长度，最小只需要两个字节
头部压缩算法

升级成了QPACK，在流上发送 HEADERS 帧时 不能更新字段，只能引用，索引表的更新需要在 专门的单向流 上发送指令来管理，解决了 HPACK 的队头阻塞问题
HTTP/3 服务发现 - 利用HTTP/2 里的扩展帧

–> 浏览器需要先用 HTTP/2 协议连接服务器

–> 服务器可以在启动 HTTP/2 连接后发送一个 Alt-Svc 帧，包含一个 h3=host:port 的字符串，告诉浏览器在另一个端点上提供等价的 HTTP/3 服务

–> 浏览器收到 Alt-Svc 帧，会使用 QUIC 异步连接指定的端口，如果连接成功，就会断开 HTTP/2 连接，改用新的 HTTP/3 收发数据