QUIC协议是什么意思

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QUIC的全称是 Quick UDP Internet Connections protocol，由 Google 设计提出，目前由 IETF 工作组推动进展，其设计的目标是替代 TCP 成为 HTTP/3 的数据传输层协议。熹乐科技在物联网（IoT）和边缘计算（Edge Computing）场景也一直在打造底层基于 QUIC 通讯协议的边缘计算微服务框架YoMo，长时间关注 QUIC 协议的发展，本文章简单介绍了 QUIC 协议的特点和术语。

QUIC 是一种多路复用和安全的通用传输协议，它提供：

• 流（stream）多路复用

• 流（stream）和连接（connection）级别的流量控制

• 建立低延迟连接（1-RTT 或者 0-RTT）

• 连接迁移（Connection migration）和弹性 NAT 重绑定

• 经过身份验证和加密的头部（header） 和有效载荷（payload）

QUIC 建立了客户端（client）和服务端（server）之间有状态的交互连接。连接的主要目的是通过应用协议支持结构化的数据交换。

应用协议通过 QUIC 连接的流（streams）交换信息，流（stream）是有序序列的字节（bytes）。可以创建两种类型的流：双向流（bidirectional streams），允许客户端和服务端互相发送数据。单向流（unidirectional streams），允许单个端点（endpoint）发送数据。一个基于信用的方案（credit-based scheme）用于限制流的创建并限制可发送的数据量。

QUIC 连接中的流（streams）是互相独立的，如果某个流（stream）出现丢包，不会影响连接中的其他正常传输的流。这样可以避免 TCP 协议中的队头阻塞（Head-of-Line blocking）。

QUIC 握手（handshake）合并了加密和传输参数的协商，只需要 1-RTT 即可可以完成握手，提升了建立连接到交换应用程序数据的速度。第二次连接时，可以通过第一次连接时获取到的预共享密钥（pre-shared secret）立即发送数据（0-RTT）。

QUIC 连接并不是严格地绑定到一个单一的网络路径（IP:Port）。连接迁移（Connection migration）使用连接 ID 来允许连接转移到新的网络路径。比如手机网络从蜂窝网络（cellular）切换到 WIFI 时，IP地址改变了，QUIC 可以通过连接迁移（connection migration）来避免连接中断。

QUIC 使用帧（frames）进行端到端的通信。一个或多个帧（frame）被组装成一个 QUIC 包（packet）。QUIC对所有数据包进行身份验证，并尽可能加密，增加了端到端传输的安全性。QUIC 数据包用 UDP 数据报（datagrams）进行传输，而不是创建一个全新的传输层协议，这是因为现有的网络设备和系统支持 TCP 和 UDP 协议，其中 TCP 有队头阻塞等缺点，所以 UDP 成为 QUIC 协议的选择，这可以更快的在现有系统和网络中部署。QUIC 是在用户空间（user space）中，相比 TCP（kernel space，操作系统内核）可以更快的迭代更新。

连接建立之后，可以通过多个选项关闭连接：应用程序可以管理正常（graceful）关闭、端点（endpoints）可以协商超时时间、错误可以导致立即断开连接、无状态（stateless机制提供了在一个端点失去状态后终止连接的功能。

QUIC 协议常见的术语：

数据包（Packet）：QUIC 协议中一个完整可处理的单元，可以封装在 UDP 数据报（datagram）中。多个 QUIC 数据包（packets）可以封装在一个 UDP 数据报（datagram）中。

帧（Frame）：QUIC 数据包（packet）的有效载荷（payload）。

端点（Endpoint）：在 QUIC 连接中生成、接收和处理 QUIC 数据包（packets）。QUIC 中只有两种端点（endpoints）：客户端（client）和服务端（server）。

客户端（Client）: 创建 QUIC 连接的端点。

服务端（Server）: 接收 QUIC 连接的端点。

地址（Address）：未经限定使用时，表示网络路径一端的 IP 版本、IP 地址和 UDP 端口号的元组。

连接 ID（Connection ID）： 用于标识端点 QUIC 连接的一种标识符。每个端点（endpoint）为其对端（peer）选择一个或多个连接 ID，将其包含在发送到该端点的数据包（packets）中。这个值对 peer 不透明。

流（Stream）：QUIC 连接中有序字节的单向（unidirectional）或双向（bidirectional）通道。一个 QUIC 连接可以同时携带多个流。

应用程序（Application）：使用 QUIC 发送或者接收数据的实体。

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