QUIC流多路复用 基础概念：什么是流？ 在计算机网络中，“流”（Stream）是一个抽象概念，指在一个通信连接上建立的、单向的字节序列传输通道。你可以把它想象成一条单向车道，数据像车流一样在这条车道上按顺序传输。在HTTP/1.1中，一个TCP连接上同一时间只能有一个“流”（即一个请求-响应对）在传输，这导致了“队头阻塞”问题。 多路复用的需求与HTTP/2的解决方案 问题 ：在HTTP/1.1中，浏览器为了并行加载页面资源，会为每个资源与服务器建立多个TCP连接，但这带来了连接建立开销和竞争。如果在一个连接上并行传输多个请求，一个请求的延迟（如丢包重传）会阻塞该连接上所有后续请求。 HTTP/2的改进 ：HTTP/2引入了“流多路复用”技术。它在 一个TCP连接 上可以创建多个独立的、双向的“流”，每个流承载一个HTTP请求-响应对。这些流可以交错（多路复用）发送数据帧，理论上解决了应用层的队头阻塞。 局限性 ：HTTP/2的多路复用发生在TCP之上。TCP是一个保证顺序、可靠传输的协议。如果TCP传输中有一个数据包丢失，TCP协议本身会进行重传，并导致后续所有数据包（即使属于其他已经正确到达的流）的接收被延迟，直到丢失的包重传成功。这被称为 传输层队头阻塞 。 QUIC协议的重定义 QUIC（Quick UDP Internet Connections）是一个基于UDP的现代传输层协议。它将传统上由TCP（传输控制）和TLS（安全加密）分别负责的功能，整合到了一个统一的、安全的协议中。 基于UDP ：UDP本身是无连接的、不保证顺序和可靠性的。这给了QUIC从零设计流和可靠性机制的灵活性。 内置加密 ：QUIC连接从第一个握手包开始就是加密的，握手过程与数据传输可以合并，减少了延迟。 QUIC流多路复用的核心机制 这是QUIC解决传输层队头阻塞的关键。其实现原理如下： 独立的流 ：每个QUIC流（Stream）都是一个独立的、有序的字节流。流之间是 完全隔离 的。每个流有唯一的ID。 基于数据帧的传输 ：QUIC将数据切割成“帧”（Frames）来传输。其中最重要的是 STREAM 帧 ，它携带了某个特定流的数据片段。 每个数据包封装多个流的帧 ：一个QUIC数据包（Packet）里可以封装来自 多个不同流 的 STREAM 帧。这实现了真正的多路复用。 独立的包编号与确认机制 ：每个QUIC数据包都有一个唯一的、单调递增的包编号，无论它内部携带了哪个流的数据。丢包重传以 数据包 为单位进行。 解决队头阻塞的核心 ：假设一个QUIC数据包丢失了，它里面可能包含了流A和流B的数据帧。QUIC协议会重传这个丢失的数据包。 但是 ，对于流B中那些已经封装在其他 已经成功到达 的数据包里的帧，它们所属的数据可以被正常确认，并由应用层（如HTTP/3）立即读取和处理。流B的传输 不会被 流A的丢包所阻塞。只有真正丢失的那个数据包内包含的流数据需要等待重传。 流控制与优先级 流级流量控制 ：QUIC为每个流提供独立的流量控制（Flow Control），防止一个速度慢的接收方被一个快的发送方淹没，也防止一个流耗尽整个连接的资源。 连接级流量控制 ：除了流级控制，还有对整个连接的总流量控制。 优先级 ：应用层（如HTTP/3）可以为不同的流指定优先级。QUIC的调度器在打包数据时，可以优先发送高优先级流的帧，优化用户体验（例如优先加载HTML和CSS，再加载图片）。 与HTTP/3的关系 HTTP/3是HTTP协议在QUIC传输层上的映射。QUIC的流多路复用特性，直接赋予了HTTP/3无传输层队头阻塞的能力。在HTTP/3中，每个请求-响应对使用一个独立的QUIC流。QUIC协议的可靠性、安全性和多路复用能力，共同构成了HTTP/3高性能的基础。 优势总结 消除队头阻塞 ：这是最主要优势，特别是在丢包率高的移动网络环境下，能显著提升页面加载速度。 减少延迟 ：0-RTT/1-RTT连接建立，且握手与数据传输合并。 连接迁移 ：使用连接ID而非IP+端口标识连接，网络切换时连接不断开。 改进的拥塞控制 ：更灵活、可插拔的拥塞控制算法。 现状与挑战 广泛部署 ：已被主流浏览器（Chrome, Firefox, Edge, Safari）、大型网站（Google, Meta, Cloudflare等）和CDN广泛支持。 网络中间设备兼容性 ：一些旧的或配置严格的防火墙、NAT设备可能对非TCP/UDP常见端口的QUIC流量处理不佳。 CPU开销 ：QUIC在用户空间的加密和复杂处理比成熟的TCP硬件卸载消耗更多CPU资源，但随着硬件优化和算法改进，差距在缩小。