QUIC协议的基本原理及分析

△Bad boy▽ 2022-01-18 15:08:58

Quic 全称 quick udp internet connection [1]，“快速 UDP 互联网连接”，（和英文 quick 谐音，简称“快”）是由 google 提出的使用 udp 进行多路并发传输的协议。

1. 建立连接

建立https连接

2. 可靠传输

QUIC是基于UDP的协议，而UDP是不可靠传输，QUIC如何实现可靠传输呢？
可靠传输必须满足两个条件：

数据完整性：发送端发出的数据包，接收端都能收到
数据有序性：接收端能按序组装数据包，解码得到原始数据

可靠传输：数据完整性

实现方案：基于包号PKN和确认应答SACK的丢包重传机制

3. 流量控制

就是说发送端发出的包，接收端要有足够的缓冲空间来接收。
和TCP一样，QUIC也是利用滑动窗口机制实现流量控制，也就是连续ARQ协议

4. 拥塞控制

目的：通过拥塞窗口限制发送方的数据量，避免整个网络拥塞。

流量控制是为了接防止发送太快，接收方接受不过来，拥塞控制控制是为了防止发送太快，整个网络拥塞。
发送窗口的大小等于min(接受窗口，拥塞窗口)，即 swnd=min(rwnd,cwnd)swnd=min(rwnd,cwnd)
前面讲了接收窗口的大小是接收端告诉发送端的，那拥塞窗口的大小怎么得到的呢？
很显然，拥塞窗口是为了避免网络拥塞，应该根据网络拥塞情况动态调整。那怎么判断网络的拥塞程度呢？例如发生超时，或连续收到三次相同的ACK等，分为基于丢包的和基于网络带宽的。

拥塞控制：慢启动

初始化：cwnd=1，也就是一个MDS(Max Datagram Size)数据包大小
对于UDP而言：MDS = 1500(MTU)- 20(IP头部) - 8(UDP头部) = 1472字节，MTU是指网卡允许的最大包长度。

5. 多路复用

前面有提到QUIC的一大优势就是解决了队头阻塞的问题，什么叫队头阻塞，先回顾一个HTTP2协议。

HTTP2

HTTP2首次提出了多路复用，多路复用是指单个HTTP连接上可以同时发送多个HTTP请求，解决了HTTP1.1中单个连接只能发送一个请求的性能瓶颈。
之所以能多路复用，是因为HTTP2和HTTP1.1的帧格式是不同的，其中StreamID就是流的ID，每个请求都是自己的流ID。

6. 连接迁移

QUIC还有一个独特的优势：连接迁移，其他协议都没有这个特性。
定义：当客户端切换网络时，和服务端的连接并不会断开(逻辑上)，仍然可以正常通信。
实现原理：QUIC的连接是基于64位的Connection ID，网络切换时并不会改变Connection ID，连接在逻辑上仍然是通的。
TCP是不行的，TCP是基于四元组(客户端IP，客户端Port，服务端IP，服务端端口Port)，只要有一个变化连接就会断开，必须要重新建立连接。