QUIC协议详解：快速UDP互联网连接

"QUIC协议设计文档" QUIC（Quick UDP Internet Connections）是一种由Google开发的实验性传输协议，旨在解决TCP（传输控制协议）和TLS（传输层安全）在互联网上的性能问题。QUIC是在UDP（用户数据报协议）之上构建的，其目标是提供类似于TCP的可靠性，同时减少延迟和提高安全性。 **概述** QUIC协议的设计目标是减少网络延迟，特别是首次连接建立时的延迟，提高安全性，并实现多路复用流，以提高数据传输效率。它还试图通过避免TCP的慢启动和重传机制来更有效地利用带宽。 **动机** QUIC协议的动机主要来自于对SPDY协议的支持和改进。SPDY是Google早期提出的协议，旨在加速网页加载速度，但仍然依赖于TCP。QUIC试图解决SPDY在TCP上遇到的延迟和拥塞控制问题。 **目标** QUIC的主要目标包括： 1. 减少连接建立时间，通常只需1个往返时间（RTT），在某些情况下甚至可以进一步减少。 2. 实现多路复用，允许在一个UDP连接上并发传输多个独立的数据流。 3. 快速重传和恢复丢失的数据包，降低因丢包造成的延迟。 4. 提供与TLS类似的加密和身份验证功能，确保安全性。 **设计选择** QUIC没有选择使用SCTP（流控制传输协议）和DTLS（Datagram Transport Layer Security）的原因在于： 1. SCTP的连接建立时间较长，且DTLS握手过程也增加了额外的延迟。 2. SCTP和DTLS在带宽利用和丢包恢复方面效率较低。 3. QUIC采用自己的重传机制，可以更快地处理丢包情况。 **连接建立与恢复** QUIC通过一个称为GUID（全局唯一标识符）的连接标识符来识别连接，即使经过NAT（网络地址转换）也能保持连接状态。为了防止NAT绑定过期，QUIC使用心跳包来维持连接活跃。 **API元素和概念** QUIC API设计考虑了流的概念，其中数据被有序地发送和接收，即使这些数据流是并发的。此外，QUIC连接状态包括连接的健康状况和可用带宽信息。 **安全性** QUIC使用TLS进行加密和身份验证，但它的握手过程被优化以减少延迟。对于重复连接，可以使用已知的密钥和状态来快速重新建立连接，通常在0 RTT内完成，偶尔可能需要1 RTT。 **连接场景** QUIC连接分为首次连接和重复连接两种情况： 1. 首次连接：通常需要1个RTT，有时在进行服务器验证时需要2个RTT。 2. 重复连接：通常不需要RTT，除非服务器或客户端的IP地址改变，此时可能需要1个RTT进行验证，极少数情况下可能需要2个RTT。 QUIC协议通过在UDP上构建一个可靠、高效、低延迟的传输层，旨在提升互联网应用的性能和用户体验。