QUIC與HTTP/3實戰：現代網絡協議解析與性能優化

李龍彥，網絡架構師，有近 15 年的網絡開發工作經驗。曾就職於華為、OPPO等企業，在 OPPO 擔任網絡優化項目負責人兼架構師期間，帶領團隊實現了HTTP/3的落地，顯著提升了業務場景中的數據傳輸效率。

第 一部分 網絡協議基礎知識
第 1章 TCP/IP基礎知識　2
1.1 網絡協議簡介　2
1.2 TCP/IP簡介　2
1.2.1 應用層　3
1.2.2 傳輸層　4
1.2.3 網絡層　5
1.2.4 網絡接口層　6
1.3 網站是如何加載的　7
1.3.1 DNS解析　8
1.3.2 TCP連接建立　10
1.3.3 TLS連接建立　12
1.3.4 HTTP請求及應答　20
1.4 小結　21
第 2章 HTTP基礎知識　22
2.1 HTTP主要版本　22
2.1.1 HTTP/1.1　22
2.1.2 HTTP/2　25
2.1.3 HTTP/3　30
2.2 HTTP特性之緩存　32
2.2.1 什麼是緩存　32
2.2.2 緩存分類　32
2.2.3 緩存機制的實現　35
2.3 HTTP特性之重定向　36
2.3.1 什麼是重定向　37
2.3.2 HTTP重定向過程　37
2.3.3 Nginx中重定向的配置　38
2.4 HTTP特性之cookie　39
2.4.1 cookie的作用　39
2.4.2 服務器如何創建cookie　40
2.5 HTTP優化的常用手段　40
2.6 小結　42
*部分 QUIC協議
第3章 QUIC協議概述　44
3.1 HTTPS有什麼缺點　44
3.2 QUIC協議如何解決HTTPS的缺點　48
3.3 QUIC協議與HTTP/3的關系　50
3.4 小結　51
第4章 QUIC協議的流　52
4.1 流類型與流ID　52
4.2 流狀態　54
4.2.1 流發送狀態機　54
4.2.2 流接收狀態機　56
4.3 流優先級　57
4.3.1 流優先級的設置　57
4.3.2 HTTP/2的流依賴　58
4.3.3 HTTP/2的流權重　58
4.3.4 流的多路覆用　59
4.4 流量控制　59
4.4.1 TCP的流量控制算法　60
4.4.2 QUIC協議的流量控制算法　61
4.4.3 流量控制優化策略　64
4.5 小結　66
第5章 QUIC連接建立　67
5.1 連接ID　67
5.1.1 連接ID的作用　67
5.1.2 連接ID的生成和使用　68
5.1.3 數據包如何與連接匹配　69
5.2 1-RTT連接建立　69
5.2.1 什麼是1-RTT連接建立　70
5.2.2 Client Hello報文介紹　72
5.2.3 Server Hello報文介紹　76
5.2.4 New Session Ticket報文介紹　77
5.3 0-RTT連接建立　78
5.3.1 什麼是0-RTT連接建立　78
5.3.2 Client Hello報文介紹　79
5.3.3 0-RTT包介紹　81
5.3.4 0-RTT傳輸參數　82
5.3.5 Server Hello報文介紹　83
5.4 建立連接的*性　83
5.4.1 0-RTT連接建立的公鑰泄漏造成的*性問題　84
5.4.2 0-RTT連接建立造成重放攻擊問題　84
5.4.3 建立連接存在放大攻擊風險　85
5.5 連接關閉　89
5.5.1 如何關閉QUIC連接　89
5.5.2 連接錯誤　90
5.5.3 流錯誤　91
5.6 實踐建立QUIC連接遇到的性能問題　91
5.6.1 重試機制導致建立連接需要多個RTT　91
5.6.2 地址驗證機制導致建立連接需要多個RTT　92
5.6.3 亂序帶來的建立連接失敗問題　93
5.6.4 如何提升0-RTT成功率　94
5.7 小結　94
第6章 QUIC連接遷移　95
6.1 什麼是連接遷移　95
6.2 連接遷移過程　96
6.2.1 探測新路徑　97
6.2.2 客戶端發起連接遷移　97
6.2.3 服務端響應連接遷移　97
6.3 連接遷移期間的地址驗證　99
6.4 實現連接遷移的難題　100
6.5 連接遷移的優化　102
6.5.1 四層負載均衡器的資源
消耗優化　102
6.5.2 連接遷移偶然失敗問題優化　103
6.5.3 連接遷移成功率優化　104
6.6 小結　104
第7章 QUIC協議的傳輸機制　105
7.1 QUIC協議的傳輸機制與TCP的傳輸機制　105
7.2 RTT的計算方式　110
7.3 PTO的計算與探測包的實現　113
7.3.1 PTO的計算　113
7.3.2 探測包的實現　114
7.4 擁塞控制算法　115
7.4.1 QUIC協議的擁塞控制算法　116
7.4.2 Cubic算法　118
7.4.3 BBR算法　120
7.5 小結　123
第8章 QUIC協議的幀類型與格式　124
8.1 QUIC協議的幀概述　124
8.2 PADDING幀　125
8.3 PING幀　126
8.4 ACK幀　127
8.5 STOP_SENDING幀　129
8.6 CRYPTO幀　129
8.7 NEW_TOKEN幀　130
8.8 流相關的幀　130
8.8.1 STREAM幀　130
8.8.2 MAX_STREAMS幀　131
8.8.3 STREAMS_
BLOCKED幀　131
8.8.4 REST_STREAM幀　132
8.9 數據相關的幀　132
8.9.1 MAX_DATA幀　132
8.9.2 MAX_STREAM_DATA幀　133
8.9.3 DATA_BLOCKED幀和STREAM_DATA_BLOCKED幀　133
8.10 連接ID相關的幀　134
8.10.1 NEW_CONNECTION_ID幀　134
8.10.2 RETIRE_CONNECTION_ID幀　135
8.11 PATH_CHALLENGE幀和PATH_RESPONSE幀　135
8.12 CONNECTION_CLOSE幀　136
8.13 HANDSHAKE_DONE幀　137
8.14 使用Wireshark查看QUIC幀　137
8.15 小結　138
第9章 QUIC協議與HTTP/3的錯誤處理　139
9.1 QUIC協議的錯誤碼　139
9.2 HTTP/3的錯誤碼　143
9.3 小結　144
第三部分 HTTP/3
第 10章 HTTP/3的特性　146
10.1 連接管理　146
10.1.1 服務發現　146
10.1.2 連接覆用　147
10.2 消息　150
10.2.1 請求與響應　150
10.2.2 消息分幀　150
10.2.3 *部字段　151
10.2.4 請求的取消與拒絕　154
10.3 幀類型　155
10.3.1 DATA幀　155
10.3.2 HEADERS幀　156
10.3.3 CANCEL_PUSH幀、PUSH_PROMISE幀、MAX_PUSH_ID幀　156
10.3.4 SETTINGS幀　157
10.3.5 GOAWAY幀　157
10.4 QPACK壓縮　157
10.4.1 HTTP/2的HPACK算法　158
10.4.2 HTTP/3的QPACK　160
10.5 服務器推送　160
10.6 狀態碼　161
10.7 小結　164
第 11章 HTTP/3的應用　165
11.1 協議競速　165
11.2 如何開啟瀏覽器的HTTP/3　167
11.3 如何使用Nginx的HTTP/3　168
11.4 HTTP/3支持源地址透傳　169
11.4.1 Proxy Protocol介紹　170
11.4.2 QUIC協議支持Proxy Protocol　171
11.5 小結　172
第 12章 HTTP/3的實踐和發展　173
12.1 HTTP/3的實踐效果　173
12.1.1 實驗環境測試　173
12.1.2 業務提升效果　174
12.2 HTTP/3的發展　174
12.2.1 HTTP/3適合的應用場景　175
12.2.2 HTTP/3的未來　175
12.3 小結　176
第 13章 HTTP/3優化　177
13.1 升級*HTTP/3對業務的影響　177
13.2 HTTP/3的應用存在哪些問題　178
13.3 如何優化HTTP/3的性能　179
13.3.1 提升0-RTT連接建立的成功率　179
13.3.2 提升QUIC連接覆用率　180
13.3.3 避免版本協商　181
13.3.4 支持MPQUIC協議　181
13.4 小結　184
第四部分 QUIC協議的實現
第 14章 QUIC客戶端的代碼實現　186
14.1 QUIC客戶端連接建立的代碼實現　186
14.1.1 重試機制　187
14.1.2 握手過程　190
14.2 QUIC客戶端連接遷移的代碼實現　196
14.3 QUIC客戶端流量控制算法的代碼實現　202
14.4 QUIC客戶端PING幀的代碼實現　208
14.5 小結　210
第 15章 QUIC服務端的代碼實現　211
15.1 QUIC服務端連接建立的代碼實現　211
15.1.1 解析收到的QUIC包（Initial包）　214
15.1.2 驗證令牌　224
15.1.3 建立QUIC連接　224
15.2 QUIC服務端連接遷移的代碼實現　231
15.2.1 eBPF介紹　232
15.2.2 使用BPF實現多核處理器下的連接遷移　233
15.2.3 連接遷移處理過程　238
15.3 QUIC服務端擁塞控制算法的代碼實現　244
15.4 小結　254