作者 | Robin Marx
譯者 | 核子可樂
策劃 | 丁曉昀
超文本傳輸協議（HTTP）作為互聯網的基石，一直在網頁加載、視頻流傳輸、應用獲取數據等方方面面發揮重要作用。
去年，負責定義互聯網技術的互聯網工程任務組（IETF）將該協議的最新版本 HTTP/3 定為標準。在此之后，HTTP.3 及相關 QUIC 協議在公共網絡上迅速普及。盡管不同來源和測量方法給出的結果略有差別，但目前普遍認為全球 19% 到 50% 的 Web 服務器和網絡均已支持 HTTP/3。
由于這些新協議得到谷歌和 Meta 等大公司的廣泛應用，我們認為，當前互聯網流量中已經有很大一部分在使用 HTTP/3。
在本篇文章中，我將介紹一些背景信息，介紹 HTTP/3 解決了哪些問題、它是如何執行的、為什么能夠得到迅速普及，以及 HTTP/3 仍然面臨哪些有待克服的障礙。
1我們為什么需要 HTTP/3?
網絡協議所描述的，是數據如何在網絡上的兩個實體之間（通常是用戶設備和 Web 服務器）進行通信。因為市場上有多家公司在為網絡開發軟件，因此通信協議必須確保標準化，以便所有軟件之間都可以“互操作”。換句話說，各軟件能夠在遵循相同規則的基礎之上相互理解。
在實踐當中，我們往往不會使用單一某種協議，而是同時使用多種協議的組合。其中各項協議都有自己的作用和規則（詳見圖一）。這樣的設計是為了保障靈活性和可復用性——無論大家使用的是 Wi-Fi、固網還是 4G/5G，都能使用完全相同的 HTTP 邏輯。
圖 1 HTTP/2 與 HTTP/3 的協議棧，如何將多項協議組合起來以提供完整的互聯網功能
不少初期互聯網協議早在上世紀 80、90 年代就已經被定為標準，這意味著它們在設計上考慮的是幾十年前的需求和限制。雖然其中一些協議經受住了時間的考驗，但也有不少已經明顯有些過時了。大多數問題倒是可以通過變通和一些小技巧進行解決，可也有一些到了不得不變的時候。其中最典型的就是傳輸控制協議（TCP），它的作用是確保數據能夠可靠地在互聯網上往來傳輸。
2為什么說 TCP 已經不適合如今的 Web
HTTP/1.1 和 HTTP/2 正常運作的前提，就是以 TCP 為基礎。具體來講，在客戶端和服務器間交換 HTTP 請求 / 響應之前，必須先建立起 TCP 連接。
隨著時間推移，人們做出了不少努力來更新 TCP，并解決其中一些影響效率的問題——例如，TCP 會將網頁視為單個文件，而非由數百個獨立文件構成的集合。雖然部分更新已經取得成功，但多數影響較大的更新（例如 TCP 多路徑和 TCP Fast Open）花了近十年時間才在公共互聯網上實際落地。
革新 TCP 的主要挑戰，在于互聯網上成千上萬的設備各有各的 TCP 協議實現。除了大家第一時間能想到的手機、筆記本電腦和服務器，還有路由器、防火墻、負載均衡器等其他類型的“中間裝置”。也就是說，如果我們想要更新 TCP，就必須等待這些設備中的大部分都對自己的協議實現做更新，而這明顯是個需要耗時數年的艱辛過程。
QUIC 解決方案
面對這個幾乎無解的問題，最靠譜的辦法反而是直接出臺一種全新方案、直接替換掉 TCP。這套替代方案就是 QUIC 協議，但也有不少人半開玩笑地將其稱為 TCP 2.0。這個昵稱其實并無不妥，因為 QUIC 中確實包含許多與 TCP 相同的高級功能，只是做了一系列關鍵性調整。
其中最大的變化就是 QUIC 與傳輸層安全（TLS）協議的深度集成。TLS 負責加密網絡上的敏感數據，也就是 HTTPS 中的 S（安全）。在 TCP 協議下，TLS 僅加密實際 HTTP 數據（參見圖二）；對于 QUIC，TLS 還會對 QUIC 協議本身的大部分內容進行加密。也就是說，TCP 當中對所有中間件均可見（且可更改）的元數據（例如數據包編號、連接關閉信號等），在現在的 QUIC 中將僅供客戶端和服務器使用。
圖 2 TCP+TLS 與 QUIC 之間的加密差異。可以看到，QUIC 中被加密的不僅僅是 HTTP 數據
此外，由于 QUIC 的加密程度更高，所以對它的變更或新功能添加要比 TCP 簡單得多——即只需要更新客戶端和服務器，因為中間件無論如何也無法解密元數據。這就讓 QUIC 成為一種面向未來的協議，能幫助我們快速解決種種新興挑戰。
當然，這種額外的加密機制也有助于增強新協議的總體安全性和隱私性。雖然 TCP+TLS 非常適合保護信用卡或電子郵件內容等個人敏感數據，但卻仍容易受到復雜（隱私）攻擊的影響。而且隨著 AI 技術的快速發展，這些攻擊的實施門檻也越來越低。通過進一步加密此類元數據，QUIC 協議無疑能夠更好地應對精心策劃的惡意攻擊。
QUIC 還包含諸多其他與安全相關的功能，包括防御分布式拒絕服務（DDoS）攻擊、以及防放大和 RETRY 數據包等功能。
最后，與 TCP 相比，QUIC 還帶來了大量效率和性能改進，包括更快的連接握手（參見圖三）、消除“隊頭阻塞”問題、更好的數據包丟失檢測 / 恢復，以及處理用戶切換網絡的方法（我們將在后續文章中具體介紹）。
圖 3 QUIC 在設置上擁有更快的連接速度，因為它能將“傳輸”三向握手與 TLS 加密會話相結合，性能優于 TCP+TLS 中的兩個獨立過程
3我們真正需要的并不是 HTTP/3，而是 QUIC
最初，我們也曾嘗試保留 HTTP/2 并進行增量式調整，希望能在底層用上 QUIC（畢竟當初保留這么多協作元素和可復用協議，意義也就在于此）。但很明顯，QUIC 與 TCP 之間存在著巨大差異，HTTP/2 根本無法全部兼容。因此，互聯網工程任務組才決定專門為 QUIC 制作新的 HTTP 版本，這就是現在的 HTTP/3。
HTTP/3 與 HTTP/2 幾乎相同，二者的主要區別就體現在 QUIC/TCP 之上各項功能的技術實現。但由于 HTTP/3 能夠使用 QUIC 的全部新功能，因此在加載網頁和流媒體視頻時將帶來更好的性能表現。也正是這個優勢，讓 HTTP/3 得到了市場的廣泛認可和快速接納。
原文鏈接：
https://blog.apnic.NET/2023/09/25/why-http-3-is-eating-the-world/
