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新一代互聯網傳輸協議QUIC淺析

發布時間：2021-08-31

欄目：電商資訊

　　QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一種互聯網傳輸層協議，它基于UDP傳輸層協議，同時兼具TCP、TLS、　/2等協議的可靠性與安全性，可以有效減少連接與傳輸延遲，更好地應對當前傳輸層與應用層的挑戰。

　　UDP和TCP都屬于傳輸層協議。TCP是面向連接的，更強調的是傳輸的可靠性，通過TCP連接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，按序到達，但是因為TCP在傳遞數據之前會有三次握手來建立連接，所以效率低、占用系統的CPU、內存等硬件資源較高；而UDP的無連接的（即發送數據之前不需要建立連接），只需要知道對方地址即可發送數據，具有較好的實時性，工作效率比TCP高，占用系統資源比TCP少，但是在數據傳遞時，假如網絡質量不好，就會很簡單丟包。

　　我們知道，大部分Web平臺的數據傳輸都基于TCP協議。實際上，TCP在設計之初，網絡環境復雜、丟包率高、網速差，所以TCP可以完美解決可靠性的問題。而如今的網絡環境和網速都已經取得了巨大的改善，網絡傳輸可靠性已經不再是棘手的問題。另外，TCP還有一個很大的問題是更新非常困難。這是因為：TCP網絡協議棧的實現依靠于系統內核更新，一旦系統內核更新，終端設備、中間設備的系統更新都會非常緩慢，迭代需要花費幾年甚至十幾年的時間，這顯然跟不上當今互聯網的發展速度。所以現在解法就是，拋棄TCP而使用UDP，來實現低延遲的傳輸需求。

　　為了結合兩者優點，谷歌公司推出了QUIC，它的升級不依靠于系統內核，只需要Client和Server端更新到指定版本。如此一來，基于UDP的QUIC就能月更甚至周更，很好的解決了TCP部署和更新的困難，更靈活地實現部署和更新。

　　第一，建連延遲低

　　網民傳統TCP三次握手+TLS1~2RTT握手+　數據，基于TCP的　S一次建連至少需要2~3個RTT，而QUIC基于UDP，完整握手只需要1RTT乃至0RTT，可以顯著降低延遲。

　　第二，安全又可靠

　　QUIC具備TCP、TLS、　S/2等協議的安全、可靠性的特點，通過提供安全功能（如身份驗證和加密）來實現加密傳輸，這些功能由傳輸協議本身的更高層協議（如TLS）來實現。

　　第三，改造靈活

　　QUIC在應用程序層面就能實現不同的擁塞控制算法，不需要操作系統和內核支持，這相比于傳統的TCP協議改造靈活性更好。

　　第四，改進的擁塞控制

　　QUIC主要實現了TCP的慢啟動、擁塞避免、快重傳、快恢復。在這些擁塞控制算法的基礎上改進，例如單調遞增的 Packet Number，解決了重傳的二義性，確保RTT正確性，減少重傳次數。

　　第五，無隊頭阻塞的多路復用

　　　2實現了多路復用，可以在一條TCP流上并發多個　請求，但基于TCP的　2在傳輸層卻有個問題，TCP無法識別不同的　2流，實際收數據仍是一個隊列，當后發的流先收到時，會因前面的流未到達而被阻塞。QUIC一個connection可以復用傳輸多個stream，每個stream之間都是獨立的，一個stream的丟包不會影響到其他stream的接收和處理。

　　綜上所述，QUIC具有眾多優點，它融合了UDP協議的速度、性能與TCP的安全與可靠，大大優化了互聯網傳輸體驗。

　　作為提升終端用戶訪問效率的CDN服務，其節點之間存在大量數據互通，節點之間的網絡連接、傳輸架構等因素都會對CDN服務質量產生影響。而將QUIC應用在CDN系統中，CDN用戶開啟QUIC功能后，系統將遵循QUIC協議進行用戶IP請求處理，既能滿足安全傳輸的需求，也能提升傳輸效率。目前，阿里云CDN除了在資源部署、智能調度等方面進行提升之外，也在網絡傳輸協議優化上不斷鉆研演進，以此確保為用戶提供更低延遲、更高性能的內容分發加速服務。

　　早在2021年杭州云棲大會上，阿里云率先提出AliQUIC的概念，它是基于QUIC協議而推出的一種CDN last mile和middle mile的網絡傳輸解決方案。在這個網絡方案里，AliQUIC不僅僅針對Web類應用，它在游戲，實時音視頻通信，互動直播和IM彈幕等各種場景中，延伸出針對性地算法和技術，以達到很佳的加速效果。點擊閱讀詳情。

　　阿里云CDN全面支持QUIC協議

　　阿里云CDN全面支持QUIC協議，適用的產品包含靜態內容分發（圖片小文件、大文件下載、視音頻點播）和動態內容分發（全站加速）。QUIC基于UDP協議，可以為用戶提供更高的弱網性能、更低的握手延遲、更好的多路復用和更靈活的擁塞算法。

　　用戶只需在CDN、全站加速控制臺對域名開啟【QUIC協議開關】功能，支持QUIC協議的客戶端即可通過QUIC協議與阿里云CDN節點通信。

　　假如您使用Chrome瀏覽器，則只支持QUIC協議Q43版本。當前阿里云CDN的QUIC協議是Q39版本，不支持直接對阿里云CDN發起QUIC請求。

　　假如您使用自研App，則App必須集成支持QUIC協議的網絡庫，例如：lsquic-client或cronet網絡庫。

　　一、圖片小文件：明顯降低文件下載總耗時，提升效率

　　二、視頻點播：提升首屏秒開率，降低卡頓率，提升用戶觀看體驗