QUIC协议
QUIC协议
QUIC（Quick UDP Internet Connections）是Google设计的一套可靠UDP传输协议，旨在为HTTP提供一个安全、可靠、高效和低延时的通信基础。QUIC协议已被IETF采纳为标准，并且HTTP/3已选择使用QUIC来代替TCP作为其传输层协议。
公式：
TCP + TLS + HTTP2 = UDP + QUIC + HTTP2’s API
QUIC 特性
低延迟连接的建立 (Connection Establishment Latency)
在HTTPS协议中，由于TCP+TLS 需要4~5个RTT，导致连接建立过程较为复杂和耗时，降低了HTTPS的效率。
QUIC在握手过程中使用Diffie-Hellman算法协商初始密钥，初始密钥依赖于服务器存储的一组配置参数，该参数会周期性的更新。初始密钥协商成功后，服务器会提供一个临时随机数，双方根据这个数再生成会话密钥。
具体握手过程如下：
(1) 客户端判断本地是否已有服务器的全部配置参数，如果有则直接跳转到(5)，否则继续
(2) 客户端向服务器发送inchoate client hello(CHLO)消息，请求服务器传输配置参数
(3) 服务器收到CHLO，回复rejection(REJ)消息，其中包含服务器的部分配置参数
(4) 客户端收到REJ，提取并存储服务器配置参数，跳回到(1)
(5) 客户端向服务器发送full client hello消息，开始正式握手，消息中包括客户端选择的公开数。此时客户端根据获取的服务器配置参数和自己选择的公开数，可以计算出初始密钥。
(6) 服务器收到full client hello，如果不同意连接就回复REJ，同(3)；如果同意连接，根据客户端的公开数计算出初始密钥，回复server hello(SHLO)消息，SHLO用初始密钥加密，并且其中包含服务器选择的一个临时公开数。
(7) 客户端收到服务器的回复，如果是REJ则情况同(4)；如果是SHLO，则尝试用初始密钥解密，提取出临时公开数
(8) 客户端和服务器根据临时公开数和初始密钥，各自基于SHA-256算法推导出会话密钥
(9) 双方更换为使用会话密钥通信，初始密钥此时已无用，QUIC握手过程完毕。之后会话密钥更新的流程与以上过程类似，只是数据包中的某些字段略有不同。
如上所述, DH密钥协商需要通行双方各自生成自己的非对称公私钥对。server端与客户端的关系是1对N的关系，明显server端生成一份公私钥对, 让N个客户端公用, 能明显减少生成开销, 降低管理成本。server端的这份公私钥对就是专门用于握手使用的，客户端一经获取，就可以缓存下来后续建连时继续使用, 这个就是达成0-RTT握手的关键, 因此server生成的这份公钥称为0-RTT握手公钥。client端首次握手时对server一无所知，需要1个RTT来询问server端的握手公钥(实际的握手交互还会发送诸如版本等其他数据)并缓存下来，本步骤只在首次建连时发生(0-RTT握手公钥的过期也会导致需要重走这一步)，但这种情况很少发生。
另外，前面提到在初始密钥后，还会再协商出一个最终的会话密钥，这么做的目的是为了获取所谓的前向安全特性: 因为server端的后面生成的这份公私钥是临时生成的，不会保存下来，也就杜绝了密钥泄漏导致会话数据被恶意收集后的被解密掉的风险。
无队头阻塞的多路复用（Multiplexing without head-of-line blocking）
多个数据在TCP连接上传输时，若一个数据包出现问题，TCP需要等待该包重传后，才能继续传输其它数据包。但在QUIC中，因为其基于UDP协议，UDP数据包在出问题需要重传时，并不会对其他数据包传输产生影响。
FEC前向纠错 (Forward Error Correction)
QUIC协议的每个数据包除了本身的数据以外，会带有其他数据包的部分数据，在少量丢包的情况下，可以使用其他数据包的冗余数据完成数据组装而无需重传，从而提高数据的传输速度。具体实现类似于RAID5，将N个包的校验和（异或）建立一个单独的FEC包发送，这样如果在这N个包中丢了一个包可以直接恢复出来。除此之外还可以用来校验包的正确性。
拥塞控制
TCP 的拥塞控制实际上包含了四个算法：慢启动，拥塞避免，快速重传，快速恢复；QUIC 协议当前默认使用了 TCP 协议的 Cubic 拥塞控制算法。
TCP 为了保证可靠性，使用了基于字节序号的 Sequence Number 及 Ack 来确认消息的有序到达。
QUIC 同样是一个可靠的协议，它使用 Packet Number 代替了 TCP 的 sequence number，并且每个 Packet Number 都严格递增，也就是说就算 Packet N 丢失了，重传的 Packet N 的 Packet Number 已经不是 N，而是一个比 N 大的值。而 TCP 呢，重传 segment 的 sequence number 和原始的 segment 的 Sequence Number 保持不变，也正是由于这个特性，引入了 Tcp 重传的歧义问题。
在普通的TCP里面，如果发送方收到三个重复的ACK就会触发快速重传，如果太久没收到ACK就会触发超时重传，而QUIC使用NACK (Negative Acknowledgement) 可以直接告知发送方哪些包丢了，不用等到超时重传。TCP有一个SACK的选项，也具备NACK的功能，QUIC的NACK有一个区别它每次重传的报文序号都是新的。
但是单纯依靠严格递增的 Packet Number 肯定是无法保证数据的顺序性和可靠性。QUIC 又引入了一个 Stream Offset 的概念，即一个 Stream 可以经过多个 Packet 传输，Packet Number 严格递增，没有依赖。但是 Packet 里的 Payload 如果是 Stream 的话，就需要依靠 Stream 的 Offset 来保证应用数据的顺序。
假设发送端先后发送了 Pakcet N 和 Pakcet N+1，Stream 的 Offset 分别是 x 和 x+y；假设 Packet N 丢失了，发起重传，重传的 Packet Number 是 N+2，但是它的 Stream 的 Offset 依然是 x，这样就算 Packet N + 2 是后到的，依然可以将 Stream x 和 Stream x+y 按照顺序组织起来，交给应用程序处理。
连接迁移（Connection Migration）
普通基于tcp的连接，是基于两端的ip和端口和协议来建立的。在网络切换场景，例如手机端切换了无线网，使用4G网络，会改变本身的ip，这就导致tcp连接必须重新创建。而QUIC协议使用特有的UUID来标记每一次连接，在网络环境发生变化的时候，只要UUID不变，就能不需要握手，继续传输数据。
但是对于UDP还是有一些挑战的，这个挑战主要来自互联网上的各种网络设备，这些设备根本不知道是什么QUIC，他们看QUIC就只能看到的就是UDP，所以，在一些情况下，UDP就是有问题的，
- 比如在NAT的环境下，如果是TCP的话，NAT路由或是代理服务器，可以通过记录TCP的四元组（源地址、源端口，目标地址，目标端口）来做连接映射的，然而，在UDP的情况下不行了。于是，QUIC引入了个叫connection id的不透明的ID来标识一个链接，用这种业务ID很爽的一个事是，如果你从你的3G/4G的网络切到WiFi网络（或是反过来），你的链接不会断，因为我们用的是connection id，而不是四元组。
- 然而就算引用了connection id，也还是会有问题 ，比如一些不够“聪明”的等价路由交换机，这些交换机会通过四元组来做hash把你的请求的IP转到后端的实际的服务器上，然而，他们不懂connection id，只懂四元组，这么导致属于同一个connection id但是四元组不同的网络包就转到了不同的服务器上，这就是导致数据不能传到同一台服务器上，数据不完整，链接只能断了。所以，你需要更聪明的算法（可以参看 Facebook 的 Katran 开源项目 ）
参考：
https://coolshell.cn/articles/19840.html
