为什么我们需要HTTP/3呢？一个重要原因是解决了“头阻塞”问题。

HTTP/2中的头阻塞问题

HTTP/2通过帧和流在HTTP级别解决了头阻塞问题。但是，在TCP级别问题仍然存在。

在接收来自上层的帧后，TCP会将它们分成段。

如果一切顺利，所有段将到达另一端。

然而，互联网可能不稳定。在这个过程中，一些段可能会丢失。

TCP有一个保证传递的功能。它将接收到的段放入缓冲区，并等待丢失的段重新传输，从而导致头阻塞。

为了解决这个问题，我们需要找到TCP的替代品——QUIC和UDP。

更新的协议栈

从协议栈中可以看到一个重大的变化：TCP被UDP取代。

不同于TCP，UDP不保证传递，段之间没有依赖关系。这意味着不再会有头阻塞问题。

此外，由于UDP是一种无连接的协议，不需要握手。它运行速度比TCP更快。

在UDP的基础上，引入了一个新协议QUIC。它继承了TCP的一些优点，包括连接管理和流控制。此外，QUIC实现了一些功能来保证数据传递，以弥补UDP的不足。

另一个变化是在QUIC内部实现了TLS，同时继承了其所有安全特性。由于TLS 1.3已经投入生产，QUIC从这个版本开始。

最后但同样重要的是，QPACK取代了HPACK，进一步提高了头部压缩算法的性能。静态表中的条目从61增加到98，并且现在是0索引的。

QUIC数据包、帧和流

QUIC由数据包和帧组成。一个数据包由多个帧组成。

以下是QUIC数据包的结构。

在数据包头中，QUIC使用连接ID来标记其目标和源。

浏览器和服务器可以选择它们的ID。有了它们，我们可以将连接从IP和端口中解耦，实现平稳的连接迁移。

以下情况可能每天都会发生在您身上。

当你离开家时，你的手机会从WiFi切换到4G（很快是5G）。由于IP变化，TCP会重新连接。在重新连接到互联网之前，您将在一瞬间失去连接。

使用QUIC，连接ID保持不变，因此连接在概念上保持不变。尽管IP发生变化，但连接被重用，没有重新连接的成本。

接下来，让我们看一个QUIC数据包的示例。

QUIC IETF

QUIC连接信息

[数据包长度：1350]

1... .... = 头部形式：长头部（1）

.1.. .... = 固定位：True

..00 .... = 数据包类型：初始（0）

.... 00.. = 保留：0

.... ..00 = 包号长度：1字节（0）

版本：draft-29（0xff00001d）

目标连接ID长度：8

目标连接ID：45fb5955dfaa8914

源连接ID长度：0

令牌长度：0

长度：1332

数据包号码：1

负载：5a99e5b29413627619ca3b5add4cf8b6ce348355b1c1a2be9874c7961e7996a24aeec860…

TLSv1.3记录层：握手协议：客户端Hello

填充长度：997

从公共标志1100 0000中，我们可以知道它是一个长头部，其类型是初始的。接下来是QUIC版本：draft-29，然后是目标连接ID及其长度。

接下来，让我们看QUIC帧结构。

类似于HTTP/2帧，QUIC中有各种帧类型。

例如，STREAM帧用于携带流，而ACK帧用于控制。

标题中的字段使用可变长度编码，最多可达8字节。

流标识符可以达到2^62，其中两位保留为标记符。

• 最不显著的位标记发送方：0表示客户端，1表示服务器。
• 第二位最不显著的位标记流的方向：0表示双向流，1表示单向流。

以下是帧的示例。

• TLSv1.3记录层：握手协议：客户端Hello
• 帧类型：CRYPTO（0x0000000000000006）
• 偏移：0
• 长度：314
• 加密数据
• 握手协议：客户端Hello
• 帧类型是CRYPTO，这是为握手设计的类型，负载是加密数据。

下面是另一个示例，服务器Hello。

• TLSv1.3记录层：握手协议：服务器Hello
• 帧类型：CRYPTO（0x0000000000000006）
• 偏移：0
• 长度：90
• 加密数据
• 握手协议：服务器Hello
• 握手类型：服务器Hello（2）
• 长度：86
• 版本：TLS 1.2（0x0303）
• 随机数：0f58bdbd934450c7aa98242121447bef2fe0733aa5fc3beffab6513c7177f9a4
• 会话ID长度：0
• 密码套件：TLS_AES_128_GCM_SHA256（0x1301）
• 压缩方法：null（0）
• 扩展长度：46
• 扩展：key_share（len=36）
• 扩展：supported_versions（len=2）

除了QUIC帧的新字段外，其余的字段在TLS 1.3握手中都有提到。

HTTP/3协议和帧

QUIC可以完成很多工作，减轻了HTTP/3的工作负担。

例如，与HTTP/2不同，HTTP/3利用QUIC流，而不是自己定义和控制流。

在HTTP/2中管理的大多数帧类型都移到了QUIC，如RST_STREAM帧和WINDOW_UPDATE帧。

由于这一点，HTTP/3的帧结构简化为仅有2个字段——帧类型和长度。

有一点值得一提，HTTP/3没有像HTTPS的443端口一样的指定端口。

浏览器首先使用HTTP/2与服务器建立连接以发现服务。服务器会响应带有Alt-Svc头部的请求，其中包括HTTP/3的端口，例如Alt-Svc: h3-29=":443"。有了这个信息，浏览器异步地连接到该端口。一旦连接建立，将使用HTTP/3进行未来的通信。