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超文本传输协议（HTTP）是互联网的基石，可帮助我们加载网页、流式传输视频以及为应用程序获取数据。

去年，负责定义互联网技术的组织IETF（互联网工程任务组）对该协议的新版本 HTTP/3进行了标准化。从那以后，HTTP/3和相关的 QUIC 协议在公共网络上迅速普及。在全世界的网络中，支持HTTP/3的Web服务器大约占19%~50%以上，确切数字取决于数据来源以及测量方法。

由于这些新协议已经被像谷歌和Meta这样的大公司广泛使用，我们可以肯定地说，当前互联网流量的很大一部分已经在使用HTTP/3。事实上，你正在阅读的这篇博客文章很可能是通过HTTP/3加载的!

在本文中，我将提供一些背景信息，尝试阐述HTTP/3解决了什么问题、性能如何、为什么如此迅速被采用，以及仍需努力克服哪些限制等问题。

为什么我们需要HTTP/3?

网络协议描述了网络上的两个实体之间如何进行数据通信，通常是用户设备和Web服务器之间的通信。由于有许多不同的公司构建面向Web的软件，因此协议需要标准化，以便所有这些软件可以“互操作”，也就是说它们都遵循相同的规则，可以相互理解。

在实践中，我们不会只使用一种协议，而是组合使用多个协议，每个协议都有自己的职责和规则（如图1所示）。这是为了提高灵活性和可重用性，无论是使用Wi-Fi、有线连接还是4G/5G，都可以使用完全相同的HTTP逻辑。

图1:HTTP/2和HTTP/3的协议栈，展示了多个协议如何组合以提供完整的互联网功能。

许多最初用于互联网的协议是在80年代和90年代标准化的，这意味着它们是根据那些年代的目标和限制构建的。尽管其中一些协议经受住了时间的考验，但有一些则显得有些过时。大多数问题都已通过权宜之计和巧妙的技巧解决。但是显然有些协议需要一些改变。尤其是负责保证数据可靠穿越互联网的TCP协议（传输控制协议）。

为什么TCP不适合如今的网络?

HTTP/1.1和HTTP/2依赖于TCP来执行任务。客户端和服务器必须先建立一个TCP连接，才能交换HTTP请求和响应。

随着时间的推移，人们已经做出了许多努力来更新TCP并解决一些效率问题，如TCP仍然像加载单个文件一样加载网页，而不会加载数百个单独文件的集合。其中一些更新取得了成功，但大多数影响过大的更新（例如TCP多路径和TCP快速开启）几乎花费了将近十年的时间才能在公共互联网上实际使用。

更改TCP的主要难点是，互联网上有成千上万的设备都拥有自己的TCP协议实现。这些设备包括手机、笔记本电脑、服务器，以及路由器、防火墙、负载均衡器和其他类型的“中间设备”。因此，如果我们想要更新TCP，必须等待相当一部分设备更新其实现，而实际上这可能需要数年的时间。

QUIC解决方案

TCP的问题十分严重，如今最切实可行的方法是用全新的协议替代TCP。这个替代品就是QUIC协议，尽管许多人（打趣地）将其称为TCP2.0。这个绰号很贴切，因为QUIC包含了TCP的许多高级特性，但有一些关键的改变。

主要的变化是，QUIC与传输层安全性（TLS）协议紧密集成。TLS负责在网络上加密敏感数据，它就是HTTPS中的S(安全)。在TCP中，TLS只加密实际的HTTP数据(图2)。而在QUIC中，TLS还加密了QUIC协议本身的大部分内容。这意味着，数据包编号和连接关闭信号等元数据在TCP中对所有中间设备可见(且可更改)，但在QUIC中现在只对客户端和服务器可见。

图2:TCP+TLS和QUIC之间的加密差异。QUIC加密的不仅仅是HTTP数据。

此外，由于QUIC的加密更加广泛，因此比TCP更容易更改或添加新功能——我们只需要更新客户端和服务器，因为中间设备无法解密元数据。因此，QUIC成为了一种面向未来的协议，可以让我们更快地解决新的挑战。

QUIC还具有许多其他与安全相关的功能，包括抵御分布式拒绝服务（DDoS）攻击，具有防放大和RETRY数据包等功能。

最后，与TCP相比，QUIC还包括大量的效率和性能改进，例如更快的连接握手（请参见图3），消除了“首行阻塞”问题，更好的数据包丢失检测/恢复，以及处理用户切换网络的方法。

图3:QUIC具有更快的连接设置，因为它将“传输”三次握手与TLS加密会话建立结合在一起，而在TCP+TLS中，这是两个单独的过程。

我们不需要HTTP/3;我们需要的是QUIC。

最初，人们曾尝试保留HTTP/2，并进行最小的调整，以便在较低的层上也可以使用QUIC（毕竟，这么多可重用协议的整个目的就在于此）。然而，我们很快就发现，QUIC与TCP有很大区别，无法兼容HTTP/2。因此，人们决定制定一个只能用于QUIC的新版本HTTP，最终成为了HTTP/3。

HTTP/3几乎与HTTP/2相同。它与HTTP/2的主要区别是它基于QUIC，而不是TCP。然而，由于HTTP/3可以使用QUIC的所有新功能，因此在加载网页和流式传输视频时，具有更高的性能。实际上，这正是HTTP/3迅速被采用的原因。