OSI 7层模型和TCP/IP 4层模型

TCP

TCP头格式

你需要注意这么几点：

• TCP的包是没有IP地址的，那是IP层上的事。但是有源端口和目标端口。
• 一个TCP连接需要四个元组来表示是同一个连接（src_ip, src_port, dst_ip, dst_port）准确说是五元组，还有一个是协议。但因为这里只是说TCP协议，所以，这里我只说四元组。
• 注意上图中的四个非常重要的东西：
  • Sequence Number是包的序号，用来解决网络包乱序（reordering）问题。
  • Acknowledgement Number就是ACK——用于确认收到，用来解决不丢包的问题。
  • Window又叫Advertised-Window，也就是著名的滑动窗口（Sliding Window），用于解决流控的。
  • TCP Flag ，也就是包的类型，主要是用于操控TCP的状态机的。

• 对于建链接的3次握手，主要是要初始化Sequence Number 的初始值。通信的双方要互相通知对方自己的初始化的Sequence Number（缩写为ISN：Inital Sequence Number）——所以叫SYN，全称Synchronize Sequence Numbers。也就上图中的 x 和 y。这个号要作为以后的数据通信的序号，以保证应用层接收到的数据不会因为网络上的传输的问题而乱序（TCP会用这个序号来拼接数据）。
• 对于4次挥手，其实你仔细看是2次，因为TCP是全双工的，所以，发送方和接收方都需要Fin和Ack。只不过，有一方是被动的，所以看上去就成了所谓的4次挥手。如果两边同时断连接，那就会就进入到CLOSING状态，然后到达TIME_WAIT状态。下图是双方同时断连接的示意图（你同样可以对照着TCP状态机看）：

TCP的拥塞处理 – Congestion Handling

上面我们知道了，TCP通过Sliding Window来做流控（Flow Control），但是TCP觉得这还不够，因为Sliding Window需要依赖于连接的发送端和接收端，其并不知道网络中间发生了什么。TCP的设计者觉得，一个伟大而牛逼的协议仅仅做到流控并不够，因为流控只是网络模型4层以上的事，TCP的还应该更聪明地知道整个网络上的事。
具体一点，我们知道TCP通过一个timer采样了RTT并计算RTO，但是，如果网络上的延时突然增加，那么，TCP对这个事做出的应对只有重传数据，但是，重传会导致网络的负担更重，于是会导致更大的延迟以及更多的丢包，于是，这个情况就会进入恶性循环被不断地放大。试想一下，如果一个网络内有成千上万的TCP连接都这么行事，那么马上就会形成“网络风暴”，TCP这个协议就会拖垮整个网络。这是一个灾难。
所以，TCP不能忽略网络上发生的事情，而无脑地一个劲地重发数据，对网络造成更大的伤害。对此TCP的设计理念是：TCP不是一个自私的协议，当拥塞发生的时候，要做自我牺牲。就像交通阻塞一样，每个车都应该把路让出来，而不要再去抢路了。
关于拥塞控制的论文请参看《Congestion Avoidance and Control》(PDF)
拥塞控制主要是四个算法：1）慢启动，2）拥塞避免，3）拥塞发生，4）快速恢复。这四个算法不是一天都搞出来的，这个四算法的发展经历了很多时间，到今天都还在优化中。 备注:

• 1988年，TCP-Tahoe 提出了1）慢启动，2）拥塞避免，3）拥塞发生时的快速重传
• 1990年，TCP Reno 在Tahoe的基础上增加了4）快速恢复

  慢热启动算法 – Slow Start

  首先，我们来看一下TCP的慢热启动。慢启动的意思是，刚刚加入网络的连接，一点一点地提速，不要一上来就像那些特权车一样霸道地把路占满。新同学上高速还是要慢一点，不要把已经在高速上的秩序给搞乱了。
  慢启动的算法如下(cwnd全称Congestion Window)：
  1）连接建好的开始先初始化cwnd = 1，表明可以传一个MSS大小的数据。
  2）每当收到一个ACK，cwnd++; 呈线性上升
  3）每当过了一个RTT，cwnd = cwnd*2; 呈指数让升
  4）还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”（后面会说这个算法）
  所以，我们可以看到，如果网速很快的话，ACK也会返回得快，RTT也会短，那么，这个慢启动就一点也不慢。下图说明了这个过程。
  

  拥塞避免算法 – Congestion Avoidance

  前面说过，还有一个ssthresh（slow start threshold），是一个上限，当cwnd >= ssthresh时，就会进入“拥塞避免算法”。一般来说ssthresh的值是65535，单位是字节，当cwnd达到这个值时后，算法如下：
  1）收到一个ACK时，cwnd = cwnd + 1/cwnd
  2）当每过一个RTT时，cwnd = cwnd + 1
  这样就可以避免增长过快导致网络拥塞，慢慢的增加调整到网络的最佳值。很明显，是一个线性上升的算法。

拥塞状态时的算法

前面我们说过，当丢包的时候，会有两种情况：
1）等到RTO超时，重传数据包。TCP认为这种情况太糟糕，反应也很强烈。

• sshthresh = cwnd /2
• cwnd 重置为 1
• 进入慢启动过程

2）Fast Retransmit算法，也就是在收到3个duplicate ACK时就开启重传，而不用等到RTO超时。

• TCP Tahoe的实现和RTO超时一样。
• TCP Reno的实现是：
  • cwnd = cwnd /2
  • sshthresh = cwnd
  • 进入快速恢复算法——Fast Recovery

上面我们可以看到RTO超时后，sshthresh会变成cwnd的一半，这意味着，如果cwnd<=sshthresh时出现的丢包，那么TCP的sshthresh就会减了一半，然后等cwnd又很快地以指数级增涨爬到这个地方时，就会成慢慢的线性增涨。我们可以看到，TCP是怎么通过这种强烈地震荡快速而小心得找到网站流量的平衡点的。

UDP

UDP是传输层的协议，功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务：复用和分用以及差错检测。

UDP提供不可靠服务，具有TCP所没有的优势：

• UDP无连接，时间上不存在建立连接需要的时延。空间上，TCP需要在端系统中维护连接状态，需要一定的开销。此连接装入包括接收和发送缓存，拥塞控制参数和序号与确认号的参数。UCP不维护连接状态，也不跟踪这些参数，开销小。空间和时间上都具有优势。
  举个例子：
  DNS如果运行在TCP之上而不是UDP，那么DNS的速度将会慢很多。
  HTTP使用TCP而不是UDP，是因为对于基于文本数据的Web网页来说，可靠性很重要。
  同一种专用应用服务器在支持UDP时，一定能支持更多的活动客户机。
• 分组首部开销小**，TCP首部20字节，UDP首部8字节。
• UDP没有拥塞控制，应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间，网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率。某些实时应用要求以稳定的速度发送，能容 忍一些数据的丢失，但是不能允许有较大的时延（比如实时视频，直播等）
• UDP提供尽最大努力的交付，不保证可靠交付。所有维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。没有TCP的确认机制、重传机制。如果因为网络原因没有传送到对端，UDP也不会给应用层返回错误信息
• UDP是面向报文的，对应用层交下来的报文，添加首部后直接乡下交付为IP层，既不合并，也不拆分，保留这些报文的边界。对IP层交上来UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付给上层应用进程，报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位。
  正是因为这样，UDP显得不够灵活，不能控制读写数据的次数和数量。比如我们要发送100个字节的报文，我们调用一次sendto函数就会发送100字节，对端也需要用recvfrom函数一次性接收100字节，不能使用循环每次获取10个字节，获取十次这样的做法。
• UDP常用一次性传输比较少量数据的网络应用，如DNS,SNMP等，因为对于这些应用，若是采用TCP，为连接的创建，维护和拆除带来不小的开销。UDP也常用于多媒体应用（如IP电话，实时视频会议，流媒体等）数据的可靠传输对他们而言并不重要，TCP的拥塞控制会使他们有较大的延迟，也是不可容忍的

UDP的首部格式
UDP数据报分为首部和用户数据部分，整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中，UDP数据报文结构如图所示：

UDP首部有8个字节，由4个字段构成，每个字段都是两个字节，
1.源端口： 源端口号，需要对方回信时选用，不需要时全部置0.
2.目的端口：目的端口号，在终点交付报文的时候需要用到。
3.长度：UDP的数据报的长度（包括首部和数据）其最小值为8（只有首部）
4.校验和：检测UDP数据报在传输中是否有错，有错则丢弃。
该字段是可选的，当源主机不想计算校验和，则直接令该字段全为0.
当传输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交给应用进程。
如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（不存在对应端口号的应用进程0,），就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给对方。
UDP校验
在计算校验和的时候，需要在UDP数据报之前增加12字节的伪首部，伪首部并不是UDP真正的首部。只是在计算校验和，临时添加在UDP数据报的前面，得到一个临时的UDP数据报。校验和就是按照这个临时的UDP数据报计算的。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算校验和。这样的校验和，既检查了UDP数据报，又对IP数据报的源IP地址和目的IP地址进行了检验。

UDP校验和的计算方法和IP数据报首部校验和的计算方法相似，都使用二进制反码运算求和再取反，但不同的是：IP数据报的校验和之检验IP数据报和首部，但UDP的校验和是把首部和数据部分一起校验。
发送方，首先是把全零放入校验和字段并且添加伪首部，然后把UDP数据报看成是由许多16位的子串连接起来，若UDP数据报的数据部分不是偶数个字节，则要在数据部分末尾增加一个全零字节（此字节不发送），接下来就按照二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入校验和字段。在接收方，把收到得UDP数据报加上伪首部（如果不为偶数个字节，还需要补上全零字节）后，按二进制反码计算出这些16位字的和。当无差错时其结果全为1,。否则就表明有差错出现，接收方应该丢弃这个UDP数据报。

websocket

Webscoket是Web浏览器和服务器之间的一种全双工通信协议，其中WebSocket协议由IETF定为标准，WebSocket API由W3C定为标准。一旦Web客户端与服务器建立起连接，之后的全部数据通信都通过这个连接进行。通信过程中，可互相发送JSON、XML、HTML或图片等任意格式的数据。
WS（WebSocket）与HTTP协议相比，
相同点主要有：

都是基于TCP的应用层协议；
都使用Request/Response模型进行连接的建立；
在连接的建立过程中对错误的处理方式相同，在这个阶段WS可能返回和HTTP相同的返回码；
都可以在网络中传输数据。
不同之处在于：

WS使用HTTP来建立连接，但是定义了一系列新的header域，这些域在HTTP中并不会使用；
WS的连接不能通过中间人来转发，它必须是一个直接连接；
WS连接建立之后，通信双方都可以在任何时刻向另一方发送数据；
WS连接建立之后，数据的传输使用帧来传递，不再需要Request消息；
WS的数据帧有序。
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](https://blog.csdn.net/LL845876425/article/details/106393358)

websocket 通信过程及对应报文分析

WS整个通信过程如下图所示：


websocket是基于TCP的一个应用协议，与HTTP协议的关联之处在于websocket的握手数据被HTTP服务器当作HTTP包来处理，主要通过Update request HTTP包建立起连接，之后的通信全部使用websocket自己的协议。

请求：TCP连接建立后，客户端发送websocket的握手请求，请求报文头部如下：

第一行为为请求的方法，类型必须为GET，协议版本号必须大于1.1
Upgrade字段必须包含，值为websocket
Connection字段必须包含，值为Upgrade
Sec-WebSocket-Key字段必须包含 ，记录着握手过程中必不可少的键值。
Sec-WebSocket-Protocol字段必须包含 ，记录着使用的子协议
Origin（请求头）：Origin用来指明请求的来源，Origin头部主要用于保护Websocket服务器免受非授权的跨域脚本调用Websocket API的请求。也就是不想没被授权的跨域访问与服务器建立连接，服务器可以通过这个字段来判断来源的域并有选择的拒绝。
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](https://blog.csdn.net/LL845876425/article/details/106393358)

Sec-WebSocket-Accept字段是由握手请求中的Sec-WebSocket-Key字段生层的。
握手成功后，通信不再使用HTTP协议，而采用WebSocket独立的数据帧。如下图所示，为协议帧格式

HTTP

HTTP 0.9 / 1.0

0.9和1.0这两个版本，就是最传统的 request – response的模式了，HTTP 0.9版本的协议简单到极点，请求时，不支持请求头，只支持 GET 方法，没了。HTTP 1.0 扩展了0.9版，其中主要增加了几个变化：

• 在请求中加入了HTTP版本号，如：GET /coolshell/index.html HTTP/1.0
• HTTP 开始有 header了，不管是request还是response 都有header了。
• 增加了HTTP Status Code 标识相关的状态码。
• 还有 Content-Type 可以传输其它的文件了。

我们可以看到，HTTP 1.0 开始让这个协议变得很文明了，一种工程文明。因为：

• 一个协议有没有版本管理，是一个工程化的象征。
• header是协议可以说是把元数据和业务数据解耦，也可以说是控制逻辑和业务逻辑的分离。
• Status Code 的出现可以让请求双方以及第三方的监控或管理程序有了统一的认识。最关键是还是控制错误和业务错误的分离。

（注：国内很多公司HTTP无论对错只返回200，这种把HTTP Status Code 全部抹掉完全是一种工程界的倒退）
但是，HTTP1.0性能上有一个很大的问题，那就是每请求一个资源都要新建一个TCP链接，而且是串行请求，所以，就算网络变快了，打开网页的速度也还是很慢。所以，HTTP 1.0 应该是一个必需要淘汰的协议了

HTTP/1.1

HTTP/1.1 主要解决了HTTP 1.0的网络性能的问题，以及增加了一些新的东西：

• 可以设置 keepalive （https://blog.csdn.net/xiaoduanayu/article/details/78386508）来让HTTP重用TCP链接，重用TCP链接可以省了每次请求都要在广域网上进行的TCP的三次握手的巨大开销。这是所谓的“HTTP 长链接” 或是 “请求响应式的HTTP 持久链接”。英文叫 HTTP Persistent connection.
• 然后支持pipeline网络传输，只要第一个请求发出去了，不必等其回来，就可以发第二个请求出去，可以减少整体的响应时间。（注：非幂等的POST 方法或是有依赖的请求是不能被pipeline化的）
• 支持 Chunked Responses ，也就是说，在Response的时候，不必说明 Content-Length 这样，客户端就不能断连接，直到收到服务端的EOF标识。这种技术又叫 “服务端Push模型”，或是 “服务端Push式的HTTP 持久链接”
• 还增加了 cache control 机制。
• 协议头注增加了 Language, Encoding, Type 等等头，让客户端可以跟服务器端进行更多的协商。
• 还正式加入了一个很重要的头—— HOST这样的话，服务器就知道你要请求哪个网站了。因为可以有多个域名解析到同一个IP上，要区分用户是请求的哪个域名，就需要在HTTP的协议中加入域名的信息，而不是被DNS转换过的IP信息。
• 正式加入了 OPTIONS 方法，其主要用于 CORS – Cross Origin Resource Sharing 应用。

HTTP/1.1应该分成两个时代，一个是2014年前，一个是2014年后，因为2014年HTTP/1.1有了一组RFC（7230 /7231/7232/7233/7234/7235），这组RFC又叫“HTTP/2 预览版”。其中影响HTTP发展的是两个大的需求：

• 一个需要是加大了HTTP的安全性，这样就可以让HTTP应用得广泛，比如，使用TLS协议。
• 另一个是让HTTP可以支持更多的应用，在HTTP/1.1 下，HTTP已经支持四种网络协议：
  • 传统的短链接。
  • 可重用TCP的的长链接模型。
  • 服务端push的模型。
  • WebSocket模型。

自从2005年以来，整个世界的应用API越来多，这些都造就了整个世界在推动HTTP的前进，我们可以看到，自2014的HTTP/1.1 以来，这个世界基本的应用协议的标准基本上都是向HTTP看齐了，也许2014年前，还有一些专用的RPC协议，但是2014年以后，HTTP协议的增强，让我们实在找不出什么理由不向标准靠拢，还要重新发明轮子了。

HTTP/2

虽然 HTTP/1.1 已经开始变成应用层通讯协议的一等公民了，但是还是有性能问题，虽然HTTP/1.1 可以重用TCP链接，但是请求还是一个一个串行发的，需要保证其顺序。然而，大量的网页请求中都是些资源类的东西，这些东西占了整个HTTP请求中最多的传输数据量。所以，理论上来说，如果能够并行这些请求，那就会增加更大的网络吞吐和性能。
另外，HTTP/1.1传输数据时，是以文本的方式，借助耗CPU的zip压缩的方式减少网络带宽，但是耗了前端和后端的CPU。这也是为什么很多RPC协议诟病HTTP的一个原因，就是数据传输的成本比较大。
其实，在2010年时，Google 就在搞一个实验型的协议，这个协议叫SPDY，这个协议成为了HTTP/2的基础（也可以说成HTTP/2就是SPDY的复刻）。HTTP/2基本上解决了之前的这些性能问题，其和HTTP/1.1最主要的不同是：

• HTTP/2是一个二进制协议，增加了数据传输的效率。
• HTTP/2是可以在一个TCP链接中并发请求多个HTTP请求，移除了HTTP/1.1中的串行请求。
• HTTP/2会压缩头，如果你同时发出多个请求，他们的头是一样的或是相似的，那么，协议会帮你消除重复的部分。这就是所谓的HPACK算法（参看RFC 7541 附录A）
• HTTP/2允许服务端在客户端放cache，又叫服务端push，也就是说，你没有请求的东西，我服务端可以先送给你放在你的本地缓存中。比如，你请求X，我服务端知道X依赖于Y，虽然你没有的请求Y，但我把把Y跟着X的请求一起返回客户端。

在http1.1中，浏览器客户端在同一时间，针对同一域名下的请求有一定数量的限制，超过限制数目的请求会被阻塞。这也是为何一些站点会有多个静态资源 CDN 域名的原因之一。
而http2.0中的多路复用优化了这一性能。多路复用允许同时通过单一的http/2 连接发起多重的请求-响应消息。有了新的分帧机制后，http/2 不再依赖多个TCP连接去实现多流并行了。每个数据流都拆分成很多互不依赖的帧，而这些帧可以交错（乱序发送），还可以分优先级，最后再在另一端把它们重新组合起来。

对于这些性能上的改善，在Medium上有篇文章你可看一下相关的细节说明和测试“HTTP/2: the difference between HTTP/1.1, benefits and how to use it”
当然，还需要注意到的是HTTP/2的协议复杂度比之前所有的HTTP协议的复杂度都上升了许多许多，其内部还有很多看不见的东西，比如其需要维护一个“优先级树”来用于来做一些资源和请求的调度和控制。如此复杂的协议，自然会产生一些不同的声音，或是降低协议的可维护和可扩展性。所以也有一些争议。尽管如此，HTTP/2还是很快地被世界所采用。
HTTP/2 是2015年推出的，其发布后，Google 宣布移除对SPDY的支持，拥抱标准的 HTTP/2。过了一年后，就有8.7%的网站开启了HTTP/2，根据 这份报告 ，截止至本文发布时（2019年10月1日 ）， 在全世界范围内已经有41%的网站开启了HTTP/2。
HTTP/2的官方组织在 Github 上维护了一份各种语言对HTTP/2的实现列表，大家可以去看看。
我们可以看到，HTTP/2 在性能上对HTTP有质的提高，所以，HTTP/2 被采用的也很快，所以，如果你在你的公司内负责架构的话，HTTP/2是你一个非常重要的需要推动的一个事，除了因为性能上的问题，推动标准落地也是架构师的主要职责，因为，你企业内部的架构越标准，你可以使用到开源软件，或是开发方式就会越有效率，跟随着工业界的标准的发展，你的企业会非常自然的享受到标准所带来的红利。

HTTP/3

然而，这个世界没有完美的解决方案，HTTP/2也不例外，其主要的问题是：若干个HTTP的请求在复用一个TCP的连接，底层的TCP协议是不知道上层有多少个HTTP的请求的，所以，一旦发生丢包，造成的问题就是所有的HTTP请求都必需等待这个丢了的包被重传回来，哪怕丢的那个包不是我这个HTTP请求的。因为TCP底层是没有这个知识了。
这个问题又叫Head-of-Line Blocking问题，这也是一个比较经典的流量调度的问题。这个问题最早主要的发生的交换机上。下图来自Wikipedia。

图中，左边的是输入队列，其中的1，2，3，4表示四个队列，四个队列中的1，2，3，4要去的右边的output的端口号。此时，第一个队列和第三个队列都要写右边的第四个端口，然后，一个时刻只能处理一个包，所以，一个队列只能在那等另一个队列写完后。然后，其此时的3号或1号端口是空闲的，而队列中的要去1和3号端号的数据，被第四号端口给block住了。这就是所谓的HOL blocking问题。
HTTP/1.1中的pipeline中如果有一个请求block了，那么队列后请求也统统被block住了；HTTP/2 多请求复用一个TCP连接，一旦发生丢包，就会block住所有的HTTP请求。这样的问题很讨厌。好像基本无解了。
是的TCP是无解了，但是UDP是有解的 ！于是HTTP/3破天荒地把HTTP底层的TCP协议改成了UDP！

谷歌为什么选择UDP上面提到，谷歌选择UDP是看似出乎意料的，仔细想一想其实很有道理。
我们单纯地看看TCP协议的不足和UDP的一些优点：
基于TCP开发的设备和协议非常多，兼容困难
TCP协议栈是Linux内部的重要部分，修改和升级成本很大
UDP本身是无连接的、没有建链和拆链成本
UDP的数据包无队头阻塞问题
UDP改造成本小

然后又是Google 家的协议进入了标准 – QUIC （Quick UDP Internet Connections）。接下来是QUIC协议的几个重要的特性，为了讲清楚这些特性，我需要带着问题来讲（注：下面的网络知识，如果你看不懂的话，你需要学习一下《TCP/IP详解》一书（在我写blog的这15年里，这本书推荐了无数次了），或是看一下本站的《TCP的那些事》。）：

• 首先是上面的Head-of-Line blocking问题，在UDP的世界中，这个就没了。这个应该比较好理解，因为UDP不管顺序，不管丢包（当然，QUIC的一个任务是要像TCP的一个稳定，所以QUIC有自己的丢包重传的机制）
• TCP是一个无私的协议，也就是说，如果网络上出现拥塞，大家都会丢包，于是大家都会进入拥塞控制的算法中，这个算法会让所有人都“冷静”下来，然后进入一个“慢启动”的过程，包括在TCP连接建立时，这个慢启动也在，所以导致TCP性能迸发地比较慢。QUIC基于UDP，使用更为激进的方式。同时，QUIC有一套自己的丢包重传和拥塞控制的协，一开始QUIC是重新实现一TCP 的 CUBIC算法，但是随着BBR算法的成熟（BBR也在借鉴CUBIC算法的数学模型），QUIC也可以使用BBR算法。这里，多说几句，从模型来说，以前的TCP的拥塞控制算法玩的是数学模型，而新型的TCP拥塞控制算法是以BBR为代表的测量模型，理论上来说，后者会更好，但QUIC的团队在一开始觉得BBR不如CUBIC的算法好，所以没有用。现在的BBR 2.x借鉴了CUBIC数学模型让拥塞控制更公平。这里有文章大家可以一读“TCP BBR : Magic dust for network performance.”
• 接下来，现在要建立一个HTTPS的连接，先是TCP的三次握手，然后是TLS的三次握手，要整出六次网络交互，一个链接才建好，虽说HTTP/1.1和HTTP/2的连接复用解决这个问题，但是基于UDP后，UDP也得要实现这个事。于是QUIC直接把TCP的和TLS的合并成了三次握手（对此，在HTTP/2的时候，是否默认开启TLS业内是有争议的，反对派说，TLS在一些情况下是不需要的，比如企业内网的时候，而支持派则说，TLS的那些开销，什么也不算了）。 | | | | —- | —- |

所以，QUIC是一个在UDP之上的伪TCP +TLS +HTTP/2的多路复用的协议。
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 ）

好了，就算搞定上面的东西，还有一些业务层的事没解，这个事就是 HTTP/2的头压缩算法 HPACK，HPACK需要维护一个动态的字典表来分析请求的头中哪些是重复的，HPACK的这个数据结构需要在encoder和decoder端同步这个东西。在TCP上，这种同步是透明的，然而在UDP上这个事不好干了。所以，这个事也必需要重新设计了，基于QUIC的QPACK就出来了，利用两个附加的QUIC steam，一个用来发送这个字典表的更新给对方，另一个用来ack对方发过来的update。
目前看下来，HTTP/3目前看上去没有太多的协议业务逻辑上的东西，更多是HTTP/2 + QUIC协议。但，HTTP/3 因为动到了底层协议，所以，在普及方面上可能会比 HTTP/2要慢的多的多。但是，可以看到QUIC协议的强大，细思及恐，QUIC这个协议真对TCP是个威胁，如果QUIC成熟了，TCP是不是会有可能成为历史呢？
未来十年，让我们看看UDP是否能够逆袭TCP……

QUIC详解
择其善者而从之，其不善者而改之。

HTTP3.0既然选择了QUIC协议，也就意味着HTTP3.0基本继承了HTTP2.0的强大功能，并且进一步解决了HTTP2.0存在的一些问题，同时必然引入了新的问题

QUIC协议必须要实现HTTP2.0在TCP协议上的重要功能，同时解决遗留问题，我们来看看QUIC是如何实现的。

2.1 队头阻塞问题
队头阻塞 Head-of-line blocking（缩写为HOL blocking）是计算机网络中是一种性能受限的现象，通俗来说就是：一个数据包影响了一堆数据包，它不来大家都走不了。

队头阻塞问题可能存在于HTTP层和TCP层，在HTTP1.x时两个层次都存在该问题。

HTTP2.0协议的多路复用机制解决了HTTP层的队头阻塞问题，但是在TCP层仍然存在队头阻塞问题。

TCP协议在收到数据包之后，这部分数据可能是乱序到达的，但是TCP必须将所有数据收集排序整合后给上层使用，如果其中某个包丢失了，就必须等待重传，从而出现某个丢包数据阻塞整个连接的数据使用。

多路复用是 HTTP2 最强大的特性 ，能够将多条请求在一条 TCP 连接上同时发出去。但也恶化了 TCP 的一个问题，队头阻塞 ，如下图示：

HTTP2 在一个 TCP 连接上同时发送 4 个 Stream。其中 Stream1 已经正确到达，并被应用层读取。

但是 Stream2 的第三个 tcp segment 丢失了，TCP 为了保证数据的可靠性，需要发送端重传第 3 个 segment 才能通知应用层读取接下去的数据，虽然这个时候 Stream3 和 Stream4 的全部数据已经到达了接收端，但都被阻塞住了。

不仅如此，由于 HTTP2 强制使用 TLS，还存在一个 TLS 协议层面的队头阻塞

QUIC 的多路复用和 HTTP2 类似。在一条 QUIC 连接上可以并发发送多个 HTTP 请求 (stream)。但是 QUIC 的多路复用相比 HTTP2 有一个很大的优势。

QUIC 一个连接上的多个 stream 之间没有依赖。这样假如 stream2 丢了一个 udp packet，也只会影响 stream2 的处理。不会影响 stream2 之前及之后的 stream 的处理。

这也就在很大程度上缓解甚至消除了队头阻塞的影响。

QUIC协议是基于UDP协议实现的，在一条链接上可以有多个流，流与流之间是互不影响的，当一个流出现丢包影响范围非常小，从而解决队头阻塞问题

剩余信息
https://blog.csdn.net/wolfGuiDao/article/details/108729560

HTTP内容

HTTP 请求由三部分构成，分别为：

• 请求行
• 首部
• 实体

请求行

大概长这样 GET /images/logo.gif HTTP/1.1，基本由请求方法、URL、协议版本组成，这其中值得一说的就是请求方法了。

Post 和 Get 的区别？

首先先引入副作用和幂等的概念。
副作用指对服务器上的资源做改变，搜索是无副作用的，注册是副作用的。
幂等指发送 M 和 N 次请求（两者不相同且都大于 1），服务器上资源的状态一致，比如注册 10 个和 11 个帐号是不幂等的，对文章进行更改 10 次和 11 次是幂等的。因为前者是多了一个账号（资源），后者只是更新同一个资源。
在规范的应用场景上说，Get 多用于无副作用，幂等的场景，例如搜索关键字。Post 多用于副作用，不幂等的场景，例如注册。
在技术上说：

• Get 请求能缓存，Post 不能
• Post 相对 Get 安全一点点，因为Get 请求都包含在 URL 里（当然你想写到 body 里也是可以的），且会被浏览器保存历史纪录。Post 不会，但是在抓包的情况下都是一样的。
• URL有长度限制，会影响 Get 请求，但是这个长度限制是浏览器规定的，不是 RFC 规定的
• Post 支持更多的编码类型且不对数据类型限制

  首部

  首部分为请求首部和响应首部，并且部分首部两种通用，接下来我们就来学习一部分的常用首部。
  通用首部

请求首部

响应首部

实体首部

常见状态码

状态码表示了响应的一个状态，可以让我们清晰的了解到这一次请求是成功还是失败，如果失败的话，是什么原因导致的，当然状态码也是用于传达语义的。如果胡乱使用状态码，那么它存在的意义就没有了。
状态码通常也是一道常考题。
2XX 成功

• 200 OK，表示从客户端发来的请求在服务器端被正确处理
• 204 No content，表示请求成功，但响应报文不含实体的主体部分
• 205 Reset Content，表示请求成功，但响应报文不含实体的主体部分，但是与 204 响应不同在于要求请求方重置内容
• 206 Partial Content，进行范围请求

3XX 重定向

• 301 moved permanently，永久性重定向，表示资源已被分配了新的 URL
• 302 found，临时性重定向，表示资源临时被分配了新的 URL
• 303 see other，表示资源存在着另一个 URL，应使用 GET 方法获取资源
• 304 not modified，表示服务器允许访问资源，但因发生请求未满足条件的情况
• 307 temporary redirect，临时重定向，和302含义类似，但是期望客户端保持请求方法不变向新的地址发出请求

4XX 客户端错误

• 400 bad request，请求报文存在语法错误
• 401 unauthorized，表示发送的请求需要有通过 HTTP 认证的认证信息
• 403 forbidden，表示对请求资源的访问被服务器拒绝
• 404 not found，表示在服务器上没有找到请求的资源

5XX 服务器错误

• 500 internal sever error，表示服务器端在执行请求时发生了错误
• 501 Not Implemented，表示服务器不支持当前请求所需要的某个功能
• 503 service unavailable，表明服务器暂时处于超负载或正在停机维护，无法处理请求

TLS

HTTPS 还是通过了 HTTP 来传输信息，但是信息通过 TLS 协议进行了加密。
TLS 协议位于传输层之上，应用层之下。首次进行 TLS 协议传输需要两个 RTT ，接下来可以通过 Session Resumption 减少到一个 RTT。
在 TLS 中使用了两种加密技术，分别为：对称加密和非对称加密。

对称加密：

对称加密就是两边拥有相同的秘钥，两边都知道如何将密文加密解密。
这种加密方式固然很好，但是问题就在于如何让双方知道秘钥。因为传输数据都是走的网络，如果将秘钥通过网络的方式传递的话，一旦秘钥被截获就没有加密的意义的。

非对称加密：

有公钥私钥之分，公钥所有人都可以知道，可以将数据用公钥加密，但是将数据解密必须使用私钥解密，私钥只有分发公钥的一方才知道。
这种加密方式就可以完美解决对称加密存在的问题。假设现在两端需要使用对称加密，那么在这之前，可以先使用非对称加密交换秘钥。
简单流程如下：首先服务端将公钥公布出去，那么客户端也就知道公钥了。接下来客户端创建一个秘钥，然后通过公钥加密并发送给服务端，服务端接收到密文以后通过私钥解密出正确的秘钥，这时候两端就都知道秘钥是什么了。

TLS 握手过程如下图：

客户端发送一个随机值以及需要的协议和加密方式。
服务端收到客户端的随机值，自己也产生一个随机值，并根据客户端需求的协议和加密方式来使用对应的方式，并且发送自己的证书（如果需要验证客户端证书需要说明）
客户端收到服务端的证书并验证是否有效，验证通过会再生成一个随机值，通过服务端证书的公钥去加密这个随机值并发送给服务端，如果服务端需要验证客户端证书的话会附带证书
服务端收到加密过的随机值并使用私钥解密获得第三个随机值，这时候两端都拥有了三个随机值，可以通过这三个随机值按照之前约定的加密方式生成密钥，接下来的通信就可以通过该密钥来加密解密
通过以上步骤可知，在 TLS 握手阶段，两端使用非对称加密的方式来通信，但是因为非对称加密损耗的性能比对称加密大，所以在正式传输数据时，两端使用对称加密的方式通信。
PS：以上说明的都是 TLS 1.2 协议的握手情况，在 1.3 协议中，首次建立连接只需要一个 RTT，后面恢复连接不需要 RTT 了。

输入 URL 到页面渲染的整个流程

首先是 DNS 查询，如果这一步做了智能 DNS 解析的话，会提供访问速度最快的 IP 地址回来，这部分的内容之前没有写过，所以就在这里讲解下。

DNS解析

DNS 的作用就是通过域名查询到具体的 IP。
因为 IP 存在数字和英文的组合（IPv6），很不利于人类记忆，所以就出现了域名。你可以把域名看成是某个 IP 的别名，DNS 就是去查询这个别名的真正名称是什么。
在 TCP 握手之前就已经进行了 DNS 查询，这个查询是操作系统自己做的。当你在浏览器中想访问 www.google.com 时，会进行一下操作：

1. 操作系统会首先在本地缓存中查询 IP
2. 没有的话会去系统配置的 DNS 服务器中查询
3. 如果这时候还没得话，会直接去 DNS 根服务器查询，这一步查询会找出负责 com 这个一级域名的服务器
4. 然后去该服务器查询 google 这个二级域名
5. 接下来三级域名的查询其实是我们配置的，你可以给 www 这个域名配置一个 IP，然后还可以给别的三级域名配置一个 IP

以上介绍的是 DNS 迭代查询，还有种是递归查询，区别就是前者是由客户端去做请求，后者是由系统配置的 DNS 服务器做请求，得到结果后将数据返回给客户端。
PS：DNS 是基于 UDP 做的查询，大家也可以考虑下为什么之前不考虑使用 TCP 去实现。

TCP 握手

应用层会下发数据给传输层，这里 TCP 协议会指明两端的端口号，然后下发给网络层。网络层中的 IP 协议会确定 IP 地址，并且指示了数据传输中如何跳转路由器。然后包会再被封装到数据链路层的数据帧结构中，最后就是物理层面的传输了。
在这一部分中，可以详细说下 TCP 的握手情况以及 TCP 的一些特性。
当 TCP 握手结束后就会进行 TLS 握手，然后就开始正式的传输数据。
在这一部分中，可以详细说下 TLS 的握手情况以及两种加密方式的内容。
数据在进入服务端之前，可能还会先经过负责负载均衡的服务器，它的作用就是将请求合理的分发到多台服务器上，这时假设服务端会响应一个 HTML 文件。
首先浏览器会判断状态码是什么，如果是 200 那就继续解析，如果 400 或 500 的话就会报错，如果 300 的话会进行重定向，这里会有个重定向计数器，避免过多次的重定向，超过次数也会报错。
304缓存

浏览器解析文件、渲染

如果是 gzip 格式的话会先解压一下，然后通过文件的编码格式知道该如何去解码文件。
文件解码成功后会正式开始渲染流程，先会根据 HTML 构建 DOM 树，有 CSS 的话会去构建 CSSOM 树。如果遇到 script 标签的话，会判断是否存在 async 或者 defer ，前者会并行进行下载并执行 JS，后者会先下载文件，然后等待 HTML 解析完成后顺序执行。
如果以上都没有，就会阻塞住渲染流程直到 JS 执行完毕。遇到文件下载的会去下载文件，这里如果使用 HTTP/2 协议的话会极大的提高多图的下载效率。
CSSOM 树和 DOM 树构建完成后会开始生成 Render 树，这一步就是确定页面元素的布局、样式等等诸多方面的东西
在生成 Render 树的过程中，浏览器就开始调用 GPU 绘制，合成图层，将内容显示在屏幕上了。

这一部分就是渲染原理中讲解到的内容，可以详细的说明下这一过程。并且在下载文件时，也可以说下通过 HTTP/2 协议可以解决队头阻塞的问题。