解析QUIC/HTTP3 :未来互联网的基石

前言
第1章　QUIC产生背景1
1.1　网络传输协议1
1.1.1　UDP1
1.1.2　TCP2
1.1.3　SCTP6
1.1.4　其他协议10
1.2　TLS版本演化10
1.2.1　SSL系列协议10
1.2.2　TLS 1.015
1.2.3　TLS 1.116
1.2.4　TLS 1.217
1.2.5　TLS 1.319
1.3　HTTP版本演化20
1.3.1　HTTP122
1.3.2　HTTP1.123
1.3.3　HTTP226
1.4　QUIC的诞生29
第2章　QUIC报文35
2.1　分层35
2.2　报文格式36
2.2.1　长报文37
2.2.2　短报文44
2.2.3　无状态重置报文45
2.3　 连接标识46
2.3.1　发布连接标识47
2.3.2　撤销连接标识48
2.3.3　零长度的连接标识50
2.3.4　连接标识协商与验证50
2.4　 报文编号53
2.4.1　报文编号空间53
2.4.2　报文编号编码54
2.4.3　报文编号解码55
2.5　流58
2.5.1　流标识59
2.5.2　流的打开和关闭60
2.5.3　流状态61
2.6　帧65
2.6.1　PADDING帧66
2.6.2　PING帧66
2.6.3　ACK帧67
2.6.4　RESET_STREAM帧69
2.6.5　STOP_SENDING帧70
2.6.6　CRYPTO帧70
2.6.7　NEW_TOKEN帧71
2.6.8　STREAM帧71
2.6.9　MAX_DATA帧72
2.6.10　MAX_STREAM_DATA帧72
2.6.11　MAX_STREAMS帧73
2.6.12　DATA_BLOCKED帧73
2.6.13　STREAM_DATA_BLOCKED帧74
2.6.14　STREAMS_BLOCKED帧74
2.6.15　NEW_CONNECTION_ID帧74
2.6.16　RETIRE_CONNECTION_ID帧75
2.6.17　PATH_CHALLENGE帧76
2.6.18　PATH_RESPONSE帧76
2.6.19　CONNECTION_CLOSE帧76
2.6.20　HANDSHAKE_DONE帧77
2.6.21　扩展其他帧78
2.7　错误码78
2.7.1　连接错误码78
2.7.2　应用错误码80
2.8　传输参数81
2.9　变长整型编码84
第3章　QUIC基础85
3.1　报文确认85
3.1.1　生成确认85
3.1.2　处理确认和重传87
3.1.3　RTT计算89
3.1.4　丢包检测90
3.1.5　探测超时91
3.2　流控92
3.2.1　流级别的流控93
3.2.2　连接级别的流控94
3.3　拥塞控制95
3.3.1　拥塞控制概述95
3.3.2　QUIC拥塞控制的改进97
3.3.3　ECN99
3.3.4　QUIC拥塞控制算法NewReno101
3.3.5　QUIC拥塞控制算法BBR103
3.4　PMTU探测105
3.4.1　PMTUD106
3.4.2　DPLPMTUD107
3.5　地址验证110
3.5.1　连接建立期间隐式地址验证111
3.5.2　通过重试报文进行地址验证112
3.5.3　通过NEW_TOKEN帧进行地址验证113
3.5.4　通过PATH_CHALLENGE帧进行地址验证115
3.6　连接迁移116
3.6.1　客户端有意的连接迁移116
3.6.2　客户端无意的连接迁移117
3.6.3　客户端迁移安全考虑118
3.6.4　服务器移到首选地址121
3.7　中间件的RTT测量123
第4章　QUIC加密与保护127
4.1　TLS 1.3介绍127
4.1.1　TLS 1.3的密钥127
4.1.2　TLS 1.3首次连接130
4.1.3　TLS 1.3恢复连接135
4.1.4　密钥更新138
4.2　QUIC与TLS 1.3139
4.2.1　TCP与TLS139
4.2.2　QUIC与TLS的关系140
4.2.3　QUIC与TLS的接口142
4.2.4　QUIC对TLS的修改145
4.3　QUIC的报文保护146
4.3.1　QUIC的加密级别147
4.3.2　丢弃密钥148
4.4　保护150
4.5　负载保护153
4.5.1　初始报文154
4.5.2　重试报文155
4.5.3　密钥更新156
4.6　连接恢复与0-RTT158
4.6.1　0-RTT的发送与接收158
4.6.2　0-RTT密钥160
第5章　QUIC连接的建立与关闭162
5.1　首次建立连接162
5.1.1　QUIC报文交互163
5.1.2　验证客户端证书166
5.1.3　建立连接时TLS参数不匹配166
5.1.4　建立连接过程中丢包167
5.1.5　版本协商170
5.2　连接恢复172
5.2.1　连接恢复过程　173
5.2.2　0-RTT传输参数174
5.2.3　0-RTT安全175
5.2.4　0-RTT例子177
5.3　连接关闭 179
5.3.1　空闲超时180
5.3.2　立即关闭182
5.3.3　无状态重置184
第6章　QUIC中间件188
6.1　简单的负载均衡188
6.1.1　服务器共享地址189
6.1.2　服务器不共享地址190
6.2　协作的负载均衡191
6.2.1　连接标识的格式192
6.2.2　配置代理193
6.2.3　服务器生成连接标识193
6.2.4　负载均衡器路由算法194
6.3　重试卸载195
6.3.1　不共享状态的重试卸载197
6.3.2　共享状态的重试卸载198
第7章　QUIC扩展协议201
7.1　多路QUIC201
7.1.1　多路QUIC传输参数202
7.1.2　报文编号空间202
7.1.3　增加的新帧202
7.1.4　多路的加解密205
7.1.5　新路径建立和拆除过程205
7.1.6　数据的调度208
7.2　不可靠数据报209
第8章　HTTP3212
8.1　流的使用212
8.1.1　控制流214
8.1.2　推送流214
8.1.3　编码器流和解码器流215
8.2　HTTP3帧215
8.2.1　DATA帧216
8.2.2　HEADER帧217
8.2.3　CANCEL_PUSH帧217
8.2.4　SETTING帧217
8.2.5　PUSH_PROMISE帧218
8.2.6　GOAWAY帧219
8.2.7　MAX_PUSH_ID帧219
8.3　HTTP3交互220
8.3.1　建立连接220
8.3.2　请求和响应220
8.3.3　服务器推送222
8.3.4　连接关闭224
8.4　QPACK226
8.4.1　前缀整数编码227
8.4.2　静态字典228
8.4.3　动态字典228
8.4.4　字段行集合编码232
8.4.5　QPACK例子235
第9章　基于QUIC的其他协议237
9.1　DNS237
9.1.1　DNS简介237
9.1.2　DoQ239
9.2　使用QUIC的通用考虑240
9.2.1　0-RTT使用的考虑240
9.2.2　保活的考虑240
9.2.3　传输协议回退的考虑241
9.2.4　流的使用242
9.2.5　连接关闭242
9.2.6　应用标识242
第10章　QUIC开源代码与应用实例243
10.1　接口介绍 243
10.1.1　QUIC的配置244
10.1.2　TLS的配置245
10.1.3　服务器接口246
10.1.4　客户端的接口246
10.1.5　连接的接口247
10.1.6　流的接口248
10.2　源码使用248
10.2.1　使用QUIC248
10.2.2　HTTP3接口使用252
10.3　quic-go源码分析254
10.3.1　QUIC源码分析254
10.3.2　HTTP3源码分析256
10.3.3　qtls源码分析258
第11章　分析工具263
11.1　qlog263
11.2　qvis265
11.3　wireshark268
第12章　QUIC未来展望271
12.1　QUIC的局限性 271
12.2　QUIC未来发展273