從HTTP/1.0開始,一直到HTTP/2,不管應(yīng)用層協(xié)議如何改進(jìn),TCP一直以來都是HTTP協(xié)議的基礎(chǔ),主要是因?yàn)樗芴峁┛煽窟B接。
但是,從HTTP 3.0開始,這個(gè)情況就有所變化了。
因?yàn)?,在最新推出的HTTP 3.0中,已經(jīng)徹底啟用TCP協(xié)議了。
TCP隊(duì)頭阻塞
我們知道,TCP傳輸過程中會(huì)把數(shù)據(jù)拆分為一個(gè)個(gè)**按照順序**排列的數(shù)據(jù)包,這些數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅私邮斩?,接收端?*按照順序**將這些數(shù)據(jù)包組合成原始數(shù)據(jù),這樣就完成了數(shù)據(jù)傳輸。
但是如果其中的某一個(gè)數(shù)據(jù)包沒有按照順序到達(dá),接收端會(huì)一直保持連接等待數(shù)據(jù)包返回,這時(shí)候就會(huì)阻塞后續(xù)請求。這就發(fā)生了**TCP隊(duì)頭阻塞。**
HTTP/1.1的管道化持久連接也是使得同一個(gè)TCP鏈接可以被多個(gè)HTTP使用,但是HTTP/1.1中規(guī)定一個(gè)域名可以有6個(gè)TCP連接。而HTTP/2中,同一個(gè)域名只是用一個(gè)TCP連接。
所以,在HTTP/2中,TCP隊(duì)頭阻塞造成的影響會(huì)更大,因?yàn)镠TTP/2的多路復(fù)用技術(shù)使得多個(gè)請求其實(shí)是基于同一個(gè)TCP連接的,那如果某一個(gè)請求造成了TCP隊(duì)頭阻塞,那么多個(gè)請求都會(huì)受到影響。
TCP握手時(shí)長
我們都知道TCP的可靠連接是基于三次握手與四次揮手實(shí)現(xiàn)的。但是問題是三次握手是需要消耗時(shí)間的。
TCP三次握手的過程客戶端和服務(wù)器之間需要交互三次,那么也就是說需要額外消耗1.5 RTT。
> RTT:網(wǎng)絡(luò)延遲(Round Trip Time)。他是指一個(gè)請求從客戶端瀏覽器發(fā)送一個(gè)請求數(shù)據(jù)包到服務(wù)器,再從服務(wù)器得到響應(yīng)數(shù)據(jù)包的這段時(shí)間。RTT 是反映網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。
在客戶端和服務(wù)端距離比較遠(yuǎn)的情況下,如果一個(gè)RTT達(dá)到300-400ms,那么我握手過程就會(huì)顯得很”慢”了。
升級(jí)TCP
基于上面我們提到的兩個(gè)問題,有人提出來說:既然TCP存在這些問題,并且我們也知道這些問題的存在,甚至解決方案也不難想到,為什么不能對協(xié)議本身做一次升級(jí),解決這些問題呢?
其實(shí),這就涉及到一個(gè)”協(xié)議僵化“的問題。
這樣講,我們在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽數(shù)據(jù)的時(shí)候,數(shù)據(jù)的傳輸過程其實(shí)是極其復(fù)雜的。
我們知道的,想要在家里使用網(wǎng)絡(luò)有幾個(gè)前提,首先我們要通過運(yùn)行商開通網(wǎng)絡(luò),并且需要使用路由器,而路由器就是網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的一個(gè)中間設(shè)備。
中間設(shè)備是指插入在數(shù)據(jù)終端和信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備之間,完成調(diào)制前或解調(diào)后某些附加功能的輔助設(shè)備。例如集線器、交換機(jī)和無線接入點(diǎn)、路由器、安全解調(diào)器、通信服務(wù)器等都是中間設(shè)備。
在我們看不到的地方,這種中間設(shè)備還有很多很多,一個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過無數(shù)個(gè)中間設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)才能到達(dá)終端用戶。
如果TCP協(xié)議需要升級(jí),那么意味著需要這些中間設(shè)備都能支持新的特性,我們知道路由器我們可以重新?lián)Q一個(gè),但是其他的那些中間設(shè)備呢?尤其是那些比較大型的設(shè)備呢?更換起來的成本是巨大的。
而且,除了中間設(shè)備之外,操作系統(tǒng)也是一個(gè)重要的因素,因?yàn)門CP協(xié)議需要通過操作系統(tǒng)內(nèi)核來實(shí)現(xiàn),而操作系統(tǒng)的更新也是非常滯后的。
所以,這種問題就被稱之為”中間設(shè)備僵化”,也是導(dǎo)致”協(xié)議僵化”的重要原因。這也是限制著TCP協(xié)議更新的一個(gè)重要原因。
所以,近些年來,由IETF標(biāo)準(zhǔn)化的許多TCP新特性都因缺乏廣泛支持而沒有得到廣泛的部署或使用!
QUIC
所以,擺在HTTP/3.0面前的就只有一條路,那就是放棄TCP。
于是,HTTP/3.0在基于UDP+迪菲赫爾曼算法(Diffie–Hellman)之上實(shí)現(xiàn)了QUIC協(xié)議(Quick UDP Internet Connections)。
QUIC協(xié)議有以下特點(diǎn):
基于UDP的傳輸層協(xié)議:它使用UDP端口號(hào)來識(shí)別指定機(jī)器上的特定服務(wù)器。
可靠性:雖然UDP是不可靠傳輸協(xié)議,但是QUIC在UDP的基礎(chǔ)上做了些改造,使得他提供了和TCP類似的可靠性。它提供了數(shù)據(jù)包重傳、擁塞控制、調(diào)整傳輸節(jié)奏以及其他一些TCP中存在的特性。
實(shí)現(xiàn)了無序、并發(fā)字節(jié)流:QUIC的單個(gè)數(shù)據(jù)流可以保證有序交付,但多個(gè)數(shù)據(jù)流之間可能亂序,這意味著單個(gè)數(shù)據(jù)流的傳輸是按序的,但是多個(gè)數(shù)據(jù)流中接收方收到的順序可能與發(fā)送方的發(fā)送順序不同!
快速握手:QUIC提供0-RTT和1-RTT的連接建立
使用TLS 1.3傳輸層安全協(xié)議:與更早的TLS版本相比,TLS 1.3有著很多優(yōu)點(diǎn),但使用它的最主要原因是其握手所花費(fèi)的往返次數(shù)更低,從而能降低協(xié)議的延遲。
阻礙
以上,我們介紹了很多QUIC的相比較于TCP的優(yōu)點(diǎn),可以說這種協(xié)議相比較于TCP確實(shí)要優(yōu)秀一些。
因?yàn)樗腔赨DP的,并沒有改變UDP協(xié)議本身,只是做了一些增強(qiáng),雖然可以避開中間設(shè)備僵化的問題,但是,在推廣上面也不是完全沒有問題的。
首先,很多企業(yè)、運(yùn)營商和組織對53端口(DNS)以外的UDP流量會(huì)進(jìn)行攔截或者限流,因?yàn)檫@些流量近來常被濫用于攻擊。
特別是一些現(xiàn)有的UDP協(xié)議和實(shí)現(xiàn)易受放大攻擊(amplification attack)威脅,攻擊者可以控制無辜的主機(jī)向受害者投放發(fā)送大量的流量。
所以,基于UDP的QUIC協(xié)議的傳輸可能會(huì)受到屏蔽。
另外,因?yàn)閁DP一直以來定位都是不可靠連接,所以有很多中間設(shè)備對于他的支持和優(yōu)化程度并不高,所以,出現(xiàn)丟包的可能性還是有的。。。
但是不管怎么樣,HTTP/3.0的時(shí)代一定會(huì)到來的,QUIC協(xié)議全面代替TCP的時(shí)代也會(huì)到來的,讓我們拭目以待吧。