【tcp】 TCP的连接重连&QUIC的连接迁移

Posted 2023-05-15

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了【tcp】 TCP的连接重连&QUIC的连接迁移相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A 一条 TCP 连接是由四元组标识的（源 IP，源端口，目的 IP，目的端口）。什么叫连接迁移呢？就是当其中任何一个元素发生变化时，这条连接依然维持着，能够保持业务逻辑不中断。当然这里面主要关注的是客户端的变化，因为客户端不可控并且网络环境经常发生变化，而服务端的 IP 和端口一般都是固定的。

比如大家使用手机在 WIFI 和 4G 移动网络切换时，客户端的 IP 肯定会发生变化，需要重新建立和服务端的 TCP 连接。

又比如大家使用公共 NAT 出口时，有些连接竞争时需要重新绑定端口，导致客户端的端口发生变化，同样需要重新建立 TCP 连接。

从 TCP 连接的角度来讲，这个问题是无解的。

当用户的地址发生变化时，如 WIFI 切换到 4G 场景，基于 TCP 的 HTTP 协议无法保持连接的存活。QUIC 基于连接 ID 唯一识别连接。当源地址发生改变时，QUIC 仍然可以保证连接存活和数据正常收发。

那 QUIC 是如何做到连接迁移呢？
很简单，QUIC是基于UDP协议的，任何一条 QUIC 连接不再以 IP 及端口四元组标识，而是以一个 64 位的随机数作为 ID 来标识，这样就算 IP 或者端口发生变化时，只要 ID 不变，这条连接依然维持着，上层业务逻辑感知不到变化，不会中断，也就不需要重连。

由于这个 ID 是客户端随机产生的，并且长度有 64 位，所以冲突概率非常低。

什么是QUIC协议
https://help.aliyun.com/document_detail/126676.html

谈谈QUIC协议原理
https://mp.weixin.qq.com/s/pa5lLcNtsEYRBHrUAJYcJA

CDN快讯阿里云对HTTP/3新一代网络传输协议QUIC浅析

QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一种互联网传输层协议，它基于UDP传输层协议，同时兼具TCP、TLS、HTTP/2等协议的可靠性与安全性，可以有效减少连接与传输延迟，更好地应对当前传输层与应用层的挑战。

QUIC的由来：为什么是UDP而非TCP？

我们知道，大部分Web平台的数据传输都基于TCP协议。实际上，TCP在设计之初，网络环境复杂、丢包率高、网速差，所以TCP可以完美解决可靠性的问题。而如今的网络环境和网速都已经取得了巨大的改善，网络传输可靠性已经不再是棘手的问题。另外，TCP还有一个很大的问题是更新非常困难。这是因为：TCP网络协议栈的实现依赖于系统内核更新，一旦系统内核更新，终端设备、中间设备的系统更新都会非常缓慢，迭代需要花费几年甚至十几年的时间，这显然跟不上当今互联网的发展速度。所以现在解法就是，抛弃TCP而使用UDP，来实现低延迟的传输需求。

（QUIC is very similar to TCP+TLS+HTTP/2 implemented on UDP）

为了结合两者优点，谷歌公司推出了QUIC，它的升级不依赖于系统内核，只需要Client和Server端更新到指定版本。如此一来，基于UDP的QUIC就能月更甚至周更，很好的解决了TCP部署和更新的困难，更灵活地实现部署和更新。

为什么要用QUIC？

第一，建连延迟低。网民传统TCP三次握手+TLS1~2RTT握手+http数据，基于TCP的HTTPS一次建连至少需要2~3个RTT，而QUIC基于UDP，完整握手只需要1RTT乃至0RTT，可以显著降低延迟。

（握手比对）

第二，安全又可靠。QUIC具备TCP、TLS、HTTPS/2等协议的安全、可靠性的特点，通过提供安全功能（如身份验证和加密）来实现加密传输，这些功能由传输协议本身的更高层协议（如TLS）来实现。

第三，改造灵活。QUIC在应用程序层面就能实现不同的拥塞控制算法，不需要操作系统和内核支持，这相比于传统的TCP协议改造灵活性更好。

第四，改进的拥塞控制。QUIC主要实现了TCP的慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复。在这些拥塞控制算法的基础上改进，例如单调递增的 Packet Number，解决了重传的二义性，确保RTT准确性，减少重传次数。

第五，无队头阻塞的多路复用。HTTP2实现了多路复用，可以在一条TCP流上并发多个HTTP请求，但基于TCP的HTTP2在传输层却有个问题，TCP无法识别不同的HTTP2流，实际收数据仍是一个队列，当后发的流先收到时，会因前面的流未到达而被阻塞。QUIC一个connection可以复用传输多个stream，每个stream之间都是独立的，一个stream的丢包不会影响到其他stream的接收和处理。

综上所述，QUIC具有众多优点，它融合了UDP协议的速度、性能与TCP的安全与可靠，大大优化了互联网传输体验。

作为提升终端用户访问效率的CDN服务，其节点之间存在大量数据互通，节点之间的网络连接、传输架构等因素都会对CDN服务质量产生影响。而将QUIC应用在CDN系统中，CDN用户开启QUIC功能后，系统将遵循QUIC协议进行用户IP请求处理，既能满足安全传输的需求，也能提升传输效率。目前，阿里云CDN除了在资源部署、智能调度等方面进行提升之外，也在网络传输协议优化上不断钻研演进，以此确保为用户提供更低延迟、更高性能的内容分发加速服务。

早在2018年杭州云栖大会上，阿里云率先提出AliQUIC的概念，它是基于QUIC协议而推出的一种CDN last mile和middle mile的网络传输解决方案。在这个网络方案里，AliQUIC不仅仅针对Web类应用，它在游戏，实时音视频通信，互动直播和IM弹幕等各种场景中，延伸出针对性地算法和技术，以达到最佳的加速效果。

阿里云CDN全面支持QUIC协议

阿里云CDN全面支持QUIC协议，适用的产品包含静态内容分发（图片小文件、大文件下载、视音频点播）和动态内容分发（全站加速）。QUIC基于UDP协议，可以为用户提供更高的弱网性能、更低的握手延迟、更好的多路复用和更灵活的拥塞算法。

用户只需在CDN、全站加速控制台对域名开启【QUIC协议开关】功能，支持QUIC协议的客户端即可通过QUIC协议与阿里云CDN节点通信。

(在阿里云CDN中使用QUIC的工作原理)

QUIC应用场景

图片小文件：明显降低文件下载总耗时，提升效率

视频点播：提升首屏秒开率，降低卡顿率，提升用户观看体验
动态请求：适用于动态请求，提升访问速度，如网页登录、交易等交互体验提升
弱网环境：在丢包和网络延迟严重的情况下仍可提供可用的服务，并优化卡顿率、请求失败率、秒开率、提高连接成功率等传输指标
大并发连接：连接可靠性强，支持页面资源数较多、并发连接数较多情况下的访问速率提升
加密连接：具备安全、可靠的传输性能