为什么 HTTP/3 正在吞噬世界

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超文本传输协议（HTTP）是互联网的基石，有助于加载网页、流式传输视频以及为我们喜爱的应用程序获取数据。

去年，负责定义互联网技术的互联网工程任务组（IETF）对该协议的新版本 HTTP/3 进行了标准化。此后，HTTP/3 和相关的 QUIC 协议在公共网络上迅速普及。具体数字取决于资料来源和测量方法，全球支持 HTTP/3 的网络服务器和网络的比例从 19% 到 50% 以上不等。

由于谷歌和 Meta 等大公司都在大量使用这些新协议，我们可以有把握地说，目前大部分互联网流量都已使用 HTTP/3

在本文中将介绍 HTTP/3 解决了哪些问题、它的性能如何、为何能如此迅速地被采用，以及它仍在努力克服哪些限制。

为什么需要 HTTP/3？

网络协议描述了网络上两个实体（通常是用户设备和网络服务器）之间的数据通信方式。由于有许多不同的公司都在为网络开发软件，因此需要将协议标准化，以便所有这些软件都能 "互操作"，也就是说，它们都能相互理解，因为它们遵循相同的规则。

实际上，我们并不使用单一协议，而是同时使用多个协议的组合，每个协议都有自己的职责和规则（图 1）。这样做的目的是让事情变得灵活和可重复使用--无论你使用的是 Wi-Fi、有线电视还是 4G/5G，你都可以使用完全相同的 HTTP 逻辑。

互联网的许多原始协议都是在上世纪 80 和 90 年代标准化的，这意味着它们是根据当时的目标和限制而构建的。其中一些协议经受住了时间的考验，而另一些协议则开始显出老态。大多数问题都通过变通方法和巧妙技巧得到了解决。不过，很明显，有些东西必须改变。传输控制协议（TCP）尤其如此，它可以确保您的数据在互联网上可靠传输。

为什么 TCP 协议不是当今网络的最佳选择

HTTP/1.1 和 HTTP/2 依靠 TCP 成功完成任务。在客户端和服务器交换 HTTP 请求/响应之前，它们必须建立 TCP 连接。

随着时间的推移，人们一直在努力更新 TCP 并解决它的一些低效问题--TCP 仍然把网页当作单个文件加载，而不是成百上千个单独文件的集合。其中一些更新取得了成功，但大多数影响较大的更新（如 TCP 多路径和 TCP 快速打开）需要近十年的时间才能在公共互联网上实际使用。

对 TCP 协议进行修改所面临的主要挑战是，互联网上成千上万的设备都有自己的 TCP 协议。这些设备包括手机、笔记本电脑和服务器，以及路由器、防火墙、负载平衡器和其他类型的 "中间件"。因此，如果我们想更新 TCP 协议，就必须等待所有这些设备中的很大一部分更新它们的实现，而这实际上可能需要数年时间。

QUIC 解决方案

这就成了一个问题，以至于最实际的办法就是用一种全新的协议来取代 TCP。这种替代品就是 QUIC 协议，尽管许多人仍然（开玩笑地）把它称为 TCP 2.0。这个昵称是恰当的，因为 QUIC 包含了许多与 TCP 相同的高级功能，但也有一些关键的变化。

主要变化是 QUIC 与传输层安全（TLS）协议进行了大量整合。TLS 负责加密网络上的敏感数据，也就是 HTTPS 中的 S（安全）。使用 TCP 时，TLS 只对实际 HTTP 数据进行加密（图 2）。对于 QUIC，TLS 还对 QUIC 协议本身的大部分内容进行加密。这就意味着，在 TCP 中所有中间件都能看到（并且可以更改）的数据包编号和连接关闭信号等元数据，现在只有 QUIC 中的客户端和服务器才能看到。

此外，由于 QUIC 进行了更广泛的加密，因此更改它或添加新功能比 TCP 要容易得多--我们只需更新客户端和服务器，因为中间件无论如何都无法解密元数据。这使得 QUIC 成为一个面向未来的协议，让我们能够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，包括防御分布式拒绝服务 (DDoS) 攻击，如防止放大和 RETRY 数据包。

最后，与 TCP 相比，QUIC 还在效率和性能方面做了大量改进，包括更快的连接握手（见图 3）、消除 "线头阻塞 "问题、更好的丢包检测/恢复以及处理用户切换网络的方法（我将在下一篇文章中详细介绍）。

我们不需要 HTTP/3，我们需要的是 QUIC

最初，有人试图保留 HTTP/2，并进行最小程度的调整，以便我们也能在底层使用 QUIC（毕竟，这正是这些不同的合作和可重用协议的意义所在）。然而，QUIC 与 TCP 的差异显然足以使其与 HTTP/2 不兼容。因此，人们决定为 QUIC 制作一个新版本的 HTTP，最终成为 HTTP/3。

HTTP/3 与 HTTP/2 几乎完全相同。它们的主要区别在于在 QUIC 或 TCP 基础上对功能的技术实现。不过，由于 HTTP/3 可以使用 QUIC 的所有新功能，因此在加载网页和流媒体视频时，它的性能会更高。在实践中，正是这一点促使 HTTP/3 迅速得到采用。