QUIC 协议简介-低调大师

QUIC 协议简介

2020-11-12 867

QUIC的全称是 Quick UDP Internet Connections protocol，由 Google 设计提出，目前由 IETF 工作组推动进展，其设计的目标是替代 TCP 成为 HTTP/3 的数据传输层协议。熹乐科技在物联网（IoT）和边缘计算（Edge Computing）场景也一直在打造底层基于 QUIC 通讯协议的边缘计算微服务框架YoMo，长时间关注 QUIC 协议的发展，本文章简单介绍了 QUIC 协议的特点和术语。

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维护者：YoMo

QUIC 是一种多路复用和安全的通用传输协议，它提供：

流（stream）多路复用
流（stream）和连接（connection）级别的流量控制
建立低延迟连接（1-RTT 或者 0-RTT）
连接迁移（Connection migration）和弹性 NAT 重绑定
经过身份验证和加密的头部（header）和有效载荷（payload）

QUIC 建立了客户端（client）和服务端（server）之间有状态的交互连接。连接的主要目的是通过应用协议支持结构化的数据交换。

应用协议通过 QUIC 连接的流（streams）交换信息，流（stream）是有序序列的字节（bytes）。可以创建两种类型的流：双向流（bidirectional streams），允许客户端和服务端互相发送数据。单向流（unidirectional streams），允许单个端点（endpoint）发送数据。一个基于信用的方案（credit-based scheme）用于限制流的创建并限制可发送的数据量。

QUIC 连接中的流（streams）是互相独立的，如果某个流（stream）出现丢包，不会影响连接中的其他正常传输的流。这样可以避免 TCP 协议中的队头阻塞（Head-of-Line blocking）。

QUIC 握手（handshake）合并了加密和传输参数的协商，只需要 1-RTT 即可可以完成握手，提升了建立连接到交换应用程序数据的速度。第二次连接时，可以通过第一次连接时获取到的预共享密钥（pre-shared secret）立即发送数据（0-RTT）。

QUIC 连接并不是严格地绑定到一个单一的网络路径（IP:Port）。连接迁移（Connection migration）使用连接 ID 来允许连接转移到新的网络路径。比如手机网络从蜂窝网络（cellular）切换到 WIFI 时，IP地址改变了，QUIC 可以通过连接迁移（connection migration）来避免连接中断。

QUIC 使用帧（frames）进行端到端的通信。一个或多个帧（frame）被组装成一个 QUIC 包（packet）。QUIC对所有数据包进行身份验证，并尽可能加密，增加了端到端传输的安全性。QUIC 数据包用 UDP 数据报（datagrams）进行传输，而不是创建一个全新的传输层协议，这是因为现有的网络设备和系统支持 TCP 和 UDP 协议，其中 TCP 有队头阻塞等缺点，所以 UDP 成为 QUIC 协议的选择，这可以更快的在现有系统和网络中部署。QUIC 是在用户空间（user space）中，相比 TCP（kernel space，操作系统内核）可以更快的迭代更新。

连接建立之后，可以通过多个选项关闭连接：应用程序可以管理正常（graceful）关闭、端点（endpoints）可以协商超时时间、错误可以导致立即断开连接、无状态（stateless机制提供了在一个端点失去状态后终止连接的功能。

QUIC 协议常见的术语：

数据包（Packet）：QUIC 协议中一个完整可处理的单元，可以封装在 UDP 数据报（datagram）中。多个 QUIC 数据包（packets）可以封装在一个 UDP 数据报（datagram）中。

帧（Frame）：QUIC 数据包（packet）的有效载荷（payload）。

端点（Endpoint）：在 QUIC 连接中生成、接收和处理 QUIC 数据包（packets）。QUIC 中只有两种端点（endpoints）：客户端（client）和服务端（server）。

客户端（Client）: 创建 QUIC 连接的端点。

服务端（Server）: 接收 QUIC 连接的端点。

地址（Address）：未经限定使用时，表示网络路径一端的 IP 版本、IP 地址和 UDP 端口号的元组。

连接 ID（Connection ID）：用于标识端点 QUIC 连接的一种标识符。每个端点（endpoint）为其对端（peer）选择一个或多个连接 ID，将其包含在发送到该端点的数据包（packets）中。这个值对 peer 不透明。

流（Stream）：QUIC 连接中有序字节的单向（unidirectional）或双向（bidirectional）通道。一个 QUIC 连接可以同时携带多个流。

应用程序（Application）：使用 QUIC 发送或者接收数据的实体。

参考资料

YoMo 是一套开源的实时边缘计算网关、开发框架和微服务平台，通讯层基于 QUIC 协议，更好的释放了 5G 等下一代低时延网络的价值。为流式处理（Streaming Computing）设计的编解码器 Y3 能大幅提升计算服务的吞吐量；基于插件的开发模式，5分钟即可上线您的物联网实时边缘计算处理系统。YoMo 目前已在工业互联网领域被部署应用。

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CDP集群主机和角色分配

集群主机可以广义地描述为主控主机、工具主机、网关主机和工作主机。主控主机运行Hadoop主控进程，例如HDFS NameNode和YARN Resource Manager。实用程序主机运行不是主进程的其他集群进程，例如Cloudera Manager和Hive Metastore。网关主机是用于在集群中启动作业的客户端访问点。所需网关主机的数量取决于工作负载的类型和大小。工作主机主要运行DataNode和其他分布式进程，例如Impalad。重要 Cloudera建议在生产环境中使用运行时时始终启用高可用性。下表描述了针对不同集群大小的建议角色分配。请注意，这些配置考虑了可能不太明显的服务依赖性。例如，运行Atlas或Ranger还需要运行HBase、Kafka、Solr和ZooKeeper。有关详细信息，请参阅Cloudera Manager中的服务依赖性。 3-10个工作主机且没有启用高可用性主控主机工具主机网关主机工作主机主控主机1:NameNodeYARN ResourceManagerJobHistory ServerZooKeeperKudu mast...

2020-11-12

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QUIC 目前由IETF 工作组起草进行标准化设计，预计 2021 年初提交 RFC。IETF 工作组在设计过程中发布了多个版本的草案，目前最新的草案版本是 2020-10-20 发布的draft-32。另外 QUIC 是在用户侧（User space）实现的，版本迭代会比较方便和快速，市面上的QUIC 协议的实现可能基于不同的版本（比如 draft-29, draft-30, ...）。这意味着客户端（client）和服务端（server）支持的 QUIC 协议版本可能不一样，它们建立连接时需要先进行版本协商（Version Negotiation），使用双方都支持的一个版本。客户端和服务端创建连接时，客户端在首次发起请求时需要带上它支持的协议版本号。发送版本协商数据包当服务端收到新连接的数据包时，它会检查是否支持客户端的协议版本：如果服务端可以支持客户端的版本，服务端将为连接的整个生命周期使用这个协议版本。如果服务端不支持该版本，服务端就响应版本协商包（Version Negotiation packet），附上它所支持的版本集合，这将增加 1-RTT（Round-Tr...

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