新一代互联网传输协议QUIC

QUIC(Quick UDP Internet Connections，快速UDP互联网连接)是Google提出的一种基于UDP改进的通信协议，其目的是降低网络通信的延迟，提供更好的用户互动体验。

QUIC的主要特点包括：具有SPDY(SPDY是谷歌研制的提升HTTP速度的协议，是HTTP/2.0的基础)所有的优点；0-RTT连接；减少丢包；前向纠错，减少重传时延；自适应拥塞控制， 减少重新连接；相当于TLS加密。

1.重传与恢复

与TCP类似，QUIC每发送一个包后，都会等待回复一个确认包。当丢包率超过协议的纠错门限时，会显式或隐式地进行重传

对于某些重要的数据包，如初始密钥协商时的数据包，在建立连接时非常重要，如果这类包丢失会阻塞整体数据流。QUIC对于这一类数据包在确认发生丢失前就会尝试重传，通常是等待较短的时间(如20ms)没收到确认后就马上再次发送。这样在网络中会有若干个相同的包同时传输，只要有一个能成功抵达就完成了连接，这样降低了丢包率。接收方对于关键数据包的多次发送和普通数据包的超时重传，都采用相同的重复包处理机制

QUIC在拥塞避免算法的基础上还加入了心跳包，用于减少丢包率

QUIC使用了FEC(前向纠错码)来恢复数据，FEC采用简单异或的方式。每次发送一组数据，包括若干个数据包后，并对这些数据包依次作异或运算，最后的结果作为一个FEC包再发送出去。接收方收到一组数据后，根据数据包和FEC包即可以进行校验和纠错。

2.安全性

QUIC对每个散装的UDP包都进行了加密和认证的保护，并且避免使用前向依赖的处理方法(如CBC模式)，这样每个UDP包可以独立地根据IV进行加密或认证处理。

QUIC采用了两级密钥机制：初始密钥和会话密钥。初次连接时不加密，并协商初始密钥。初始密钥协商完毕后会马上再协商会话密钥，这样可以保证密钥的前向安全性，之后可以在通信的过程中就实现对密钥的更新。接收方意识到有新的密钥要更新时，会尝试用新旧两种密钥对数据进行解密，直到成功才会正式更新密钥，否则会一直保留旧密钥有效。

3. 0-RTT握手过程

QUIC握手的过程是需要一次数据交互，0-RTT时延即可完成握手过程中的密钥协商，比TLS相比效率提高了5倍，且具有更高的安全性。

QUIC在握手过程中使用Diffie-Hellman算法协商初始密钥，初始密钥依赖于服务器存储的一组配置参数，该参数会周期性的更新。初始密钥协商成功后，服务器会提供一个临时随机数，双方根据这个数再生成会话密钥。

具体握手过程如下：

(1) 客户端判断本地是否已有服务器的全部配置参数，如果有则直接跳转到(5)，否则继续

(2) 客户端向服务器发送inchoate client hello(CHLO)消息，请求服务器传输配置参数

(3) 服务器收到CHLO，回复rejection(REJ)消息，其中包含服务器的部分配置参数

(4) 客户端收到REJ，提取并存储服务器配置参数，跳回到(1)

(5) 客户端向服务器发送full client hello消息，开始正式握手，消息中包括客户端选择的公开数。此时客户端根据获取的服务器配置参数和自己选择的公开数，可以计算出初始密钥。

(6) 服务器收到full client hello，如果不同意连接就回复REJ，同(3)；如果同意连接，根据客户端的公开数计算出初始密钥，回复server hello(SHLO)消息，SHLO用初始密钥加密，并且其中包含服务器选择的一个临时公开数。

(7) 客户端收到服务器的回复，如果是REJ则情况同(4)；如果是SHLO，则尝试用初始密钥解密，提取出临时公开数

(8) 客户端和服务器根据临时公开数和初始密钥，各自基于SHA-256算法推导出会话密钥

(9) 双方更换为使用会话密钥通信，初始密钥此时已无用，QUIC握手过程完毕。之后会话密钥更新的流程与以上过程类似，只是数据包中的某些字段略有不同。

Quic协议原理
1，0RTT 建连

先声明一点，如果一对使用QUIC进行加密通信的双方此前从来没有通信过，0RTT是不可能的。

所以第一次C和S建连还是会走正常的tls握手流程，但过了一会儿或者一段时间后，C又想和S通信，此时C已经有了刚刚和S协商出来的密钥（可能是存在内存or外存）。C就会利用刚刚的密钥K1来和S加密首次数据，在第二个RTT期间，S会和C协商出新的密钥K2，作为接下来的通信密钥。

2，没有歧义的重传
TCP 重传的 包 的 sequence number 和原始的 包 的 Sequence Number 是保持不变的，也正是由于这个特性，引入了 Tcp 重传的歧义问题。

超时事件 RTO 发生后，客户端发起重传，然后接收到了 Ack 数据。由于Sequence Number一样，这个 Ack 到底是原始请求的响应还是重传请求的响应呢？这就间接导致了RTT计算的歧义。

Quic 使用 Packet Number 代替了 TCP 的 sequence number，并且每个 Packet Number 都严格递增，也就是说就算 Packet N 丢失了，重传的 Packet N 的 Packet Number 已经不是 N，而是一个比 N 大的值，这就解决了RTT计算的歧义问题。

3，保证包的顺序
QUIC 引入了一个叫 Stream Offset 的概念。

假设 Packet N 丢失了，发起重传，重传的 Packet Number 是 N+2，但是它的 Stream 的 Offset 依然是 x，这样就算 Packet N + 2 是后到的，依然可以将 Stream x 和 Stream x+y 按照顺序组织起来。

4，解决ack delay

TCP 的 RTT 计算：

Quic的RTT计算：

5，队头阻塞
拿http2举例，

http2 在一个 TCP 连接上同时发送 4 个 请求。其中 请求1 已经正确到达，并被应用层读取。但是 请求2 的第三个 tcp包丢失了，为了保证数据的顺序，需要发送端重传第 3 个包才能通知应用层读取接下去的数据，虽然这个时候 请求3 和 请求4 的全部数据已经到达了接收端，但都被阻塞住了。

Quic基于UDP，各个请求之间相互独立，比如 请求2 丢了一个 Pakcet，不会影响 请求3 和 请求4，不存在 TCP 队头阻塞。

四，Quic和http3
QUIC 协议最初是由Google发起的项目，后面慢慢成为了 HTTP/2-encrypted-over-UDP 协议。
当 IETF 开始进行协议标准化工作时，协议被分为两层：传输部分和 HTTP 部分。这个想法的初衷是考虑到该传输协议也可用于传输其他数据，而不仅仅用于 HTTP 协议。
社区中大家使用 iQUIC 和 gQUIC 这样的非正式名称来引用这些不同版本的协议，以便将IETF 和 Google提出的QUIC 协议分开。
通过 iQUIC 发送 HTTP 请求的协议被称为HTTP-over-QUIC，即HTTP3。

例子：
https://www.cnblogs.com/jb2011/p/8458549.html

参考资料
下一代通信协议：Quic
https://knownsec-fed.com/2018-01-19-xia-yi-dai-tong-xin-xie-yi-quic/
QUIC协议是如何做到0RTT加密传输的
https://blog.csdn.net/dog250/article/details/80935534
Web服务器快速启用QUIC协议
https://my.oschina.net/u/347901/blog/1647385
QUIC协议原理分析
https://zhuanlan.zhihu.com/p/32553477
QUIC在腾讯的实践及性能优化
https://zhuanlan.zhihu.com/p/32560981
七牛云 QUIC 推流方案如何实现直播 0 卡顿
https://zhuanlan.zhihu.com/p/33698793
当我们在讨论http队头阻塞时，我们在讨论什么？
https://liudanking.com/arch/what-is-head-of-line-blocking-http2-quic/
QUIC官方文档
https://www.chromium.org/quic
QUIC协议规范

https://www.wolfcstech.com/2017/01/13/QUIC%E5%8D%8F%E8%AE%AE%E8%A7%84%E8%8C%83/