Chapter9 Tcp Quic and HTTP3

TCP,QUIC and HTTP/3

HTTP/2 的目的主要是通过允许单个多路复用连接来改善 HTTP 协议固有的效率低下问题。在 HTTP/1.1,该连接没有得到充分利用,因为一次只能用于一种资源。如果在响应请求时存在时延(比如因为服务器正忙于生成该资源),连接被 blocked 并且没有被使用。HTTP/2 允许多个资源使用同一个连接,因此在这种情况下其他资源可以使用该连接。

除了避免浪费连接之外,HTTP/2 还提高了性能,因为 HTTP 连接本书效率较低。建立 HTTP 连接需要一定的成本;否则多路复用不会得到真正的好处。成本不是由 HTTP 本身引起的,而是由用于建立此连接的两种基础技术决定的:HTTPS 中使用 TCP 和 TLS。

在本章中,我们讨论这些低效的问题,并表明尽管 HTTP/2 可以更好地处理这些低效的问题,但是某些情况下,由于这些问题,HTTP/2 可能比 HTTP/1.1 更慢。然后我们讨论 QUIC,看看如何针对这些问题进行改进。

9.1 TCP inefficiencies and HTTP

HTTP 依赖网络连接保证数据的可靠传递和有序性。直到最近,这种可靠连接使用 TCP 来保证。TCP 连接两个端(典型的是浏览器和 Web 服务器)然后确保消息传递的可靠性,如果消息丢失就重传,并且保证消息在传递给应用层(HTTP)时保持有序性。HTTP 不需要实现这些复杂的内容,而是假定已经满足这些条件。协议建立在这些假设之上。

TCP 通过给每个 TCP 包分配一个序列号,然后再接收端重排数据包(如果没有按序到达)或者要求重传丢失序列号的包(如果包丢失)。TCP 在 CWND 的基础上工作(这也构成了 HTTP/2 的流控制工作方式;参阅第 7 章),由此确定可发送的最大数据量(CWND 大小),已发送的消息减少了窗口大小,已确认的消息增大了窗口的大小。窗口开始时很小,但是随着时间推移而增长,因为网络容量表示可以承载更多的数据。如果客户端无法跟上进度,窗口也会缩小。这个过程运行得很好,TCP/IP 也因此成为 Internet 的基石。但是 TCP 的工作基本模式还是导致了五个主要问题,至少在 HTTP 方面是问题:

  • 启动延迟。发送方和接收方必须在连接开始时就序列号达成协议。
  • TCP 慢启动算法限制了 TCP 的性能,因为这会保守发送数据以尽可能避免重传
  • 连接的使用不足会导致 TCP 的窗口回退。如果连接没有充分使用,TCP 降低 CWND 的大小,因为无法确定网络是不是有变更
  • 丢包会使 TCP 性能下降。TCP 假设所有丢包是由于网络拥塞,但是不总是这样
  • 数据包可能会排队,接收到乱序数据包会推迟传递到应用层来确保有序

这些问题在 HTTP/2 没有得到改善,其中有些问题是为什么使用单条 TCP 连接性能更好的原因。最后的两个问题,还会在有损条件下导致 HTTP/2 比 HTTP/1.1 性能更弱。