QUIC拥塞控制 基础概念：拥塞控制的意义 在一个共享的网络中（如互联网），多个数据流同时传输会竞争有限的带宽和路由器缓冲资源。如果没有管理机制，当发送方发送数据的速度超过网络路径的“承载能力”时，路由器队列会积压并最终溢出，导致数据包被丢弃。这不仅造成重传，还会进一步加剧拥堵，形成“拥塞崩溃”。 拥塞控制 就是一套算法，旨在让发送端动态探测网络可用容量，并以此调整发送速率，从而高效、公平地利用网络，避免崩溃，并保持较低的延迟。 TCP拥塞控制的回顾 QUIC的拥塞控制思想主要源于TCP，理解TCP有助于理解QUIC的改进。经典的TCP拥塞控制（如Cubic算法）包含几个核心阶段： 慢启动 ：连接开始时，发送速率指数级增长，快速探测带宽。 拥塞避免 ：当速率接近预估的带宽上限时，转为线性增长，谨慎探索。 快速重传/快速恢复 ：收到少量重复确认时，推断可能有单个包丢失，不进入严格的“慢启动”，而是适度降低窗口并进入恢复。 超时重传 ：发生严重丢包或失序时，触发超时，窗口会急剧缩小并重新开始慢启动。 TCP的拥塞控制信息（如确认ACK、丢包信号）与TCP序列号、重传计时器紧密耦合。一个连接中如果发生报文重排序，容易被误判为丢包，引发不必要的降速。 QUIC在传输层的新特性 QUIC协议在UDP之上实现了可靠传输。它引入了两个关键特性，为拥塞控制带来改进基础： 包号 ：每个QUIC数据包都有一个严格递增、独立的包号（Packet Number），即使重传包也会使用新的包号。这与TCP重传使用相同序列号不同。这使得QUIC能清晰区分原始传输和重传，消除了TCP的“重传歧义”问题，能更精确地计算RTT（往返时间）和判断丢包原因。 分离的帧与流 ：QUIC将传输控制（如确认、拥塞控制）和数据流（应用数据）分离。应用数据被封装在“流帧”里，多路复用在同一个QUIC连接上。拥塞控制作用于整个连接级别（所有流共享拥塞窗口），但丢包只影响特定的流帧，其他流可以继续前进。 QUIC拥塞控制的核心机制 QUIC协议本身不强制规定具体的拥塞控制算法（如Cubic、BBR），而是定义了一套清晰的 信号机制和框架 ，允许灵活实现或升级算法。其核心机制包括： ACK帧 ：接收方发送ACK帧，确认收到的包号范围。QUIC的ACK支持 更大范围的确认和精确的丢包报告 ，能明确指出哪些包被认为丢失了，而不仅仅是累积确认。 明确的丢包检测 ：发送方根据ACK信息、包号间隙和计时器，能更准确判断是发生了 真实丢包 还是仅仅 报文重排序 ，从而做出更合理的响应。 标准化的拥塞控制反馈点 ：协议明确规定了在 确认包到达、探测到丢包、连接启动、持续性拥塞 等事件发生时，应调用拥塞控制算法进行窗口调整。这使得算法实现更模块化。 可插拔的拥塞控制 ：由于QUIC在用户空间实现（而非内核），更新拥塞控制算法无需操作系统内核升级。这允许服务端快速部署和测试新算法（如Google的BBR），甚至可以为不同应用或网络条件定制算法。 关键优势与典型算法（如BBR） 基于上述机制，QUIC拥塞控制的主要优势是 更精确、响应更快、更灵活 。 更低的延迟 ：精确的RTT测量和消除重传歧义，有助于算法更好地区分拥塞丢包和无线网络随机丢包，减少不必要的降速。 更快的恢复 ：明确的丢包信号和快速重传机制，能加速从丢包中恢复的速度。 部署灵活性 ：前面提到的“可插拔”特性是其最大亮点之一。 以BBR为例 ：Google为QUIC推广的BBR（Bottleneck Bandwidth and Round-trip propagation time）算法，其思路与传统的基于丢包的算法（如Cubic）不同。BBR通过持续测量路径的 最大带宽（BtlBw）和最小往返时延（RTprop） ，来建立发送速率模型，目标是让数据量刚好填满网络管道但不堆积，从而在获得高吞吐的同时保持低延迟。QUIC的精确测量能力为BBR这类模型驱动算法提供了更优质的输入数据。 实际应用与挑战 应用 ：QUIC及其拥塞控制已广泛应用于要求低延迟、高可靠性的场景，如 大型互联网公司（Google， Meta）的Web服务、视频流媒体、大规模文件传输、移动网络 等。HTTP/3标准强制使用QUIC作为传输层。 挑战 ： 网络中间设备兼容性 ：某些老旧的防火墙或网络设备可能对UDP流量或长连接的QUIC流量处理不当。 CPU开销 ：相比高度优化的内核TCP栈，用户空间的QUIC实现可能消耗更多CPU。 公平性 ：在共享网络中，QUIC流与传统的TCP流之间需要公平竞争带宽。设计良好的拥塞控制算法（包括QUIC使用的）必须考虑这点。