这里使用的是 DH 密钥交换算法,DH 算法的核心就是服务端生成 a、g、p 3 个随机数,a 自己持有,g 和 p 要传输给客户端,而客户端会生成 b 这 1 个随机数,通过 DH 算法客户端和服务端可以算出同样的密钥。在这过程中 a 和 b 并不参与网络传输,安全性大大提高。因为 p 和 g 是大数,所以即使在网络中传输的 p、g、A、B 都被劫持,那么靠现在的计算机算力也没法破解密钥。
1.4 连接迁移
TCP 连接基于四元组(源 IP、源端口、目的 IP、目的端口),切换网络时至少会有一个因素发生变化,导致连接发生变化。当连接发生变化时,如果还使用原来的 TCP 连接,则会导致连接失败,就得等原来的连接超时后重新建立连接,所以我们有时候发现切换到一个新网络时,即使新网络状况良好,但内容还是需要加载很久。如果实现得好,当检测到网络变化时立刻建立新的 TCP 连接,即使这样,建立新的连接还是需要几百毫秒的时间。
QUIC 的连接不受四元组的影响,当这四个元素发生变化时,原连接依然维持。那这是怎么做到的呢?道理很简单,QUIC 连接不以四元组作为标识,而是使用一个 64 位的随机数,这个随机数被称为 Connection ID,即使 IP 或者端口发生变化,只要 Connection ID 没有变化,那么连接依然可以维持。
1.5 队头阻塞/多路复用
HTTP/1.1 和 HTTP/2 都存在队头阻塞问题(Head of line blocking),那什么是队头阻塞呢?
TCP 是个面向连接的协议,即发送请求后需要收到 ACK 消息,以确认对方已接收到数据。如果每次请求都要在收到上次请求的 ACK 消息后再请求,那么效率无疑很低。后来 HTTP/1.1 提出了 Pipelining 技术,允许一个 TCP 连接同时发送多个请求,这样就大大提升了传输效率。
在这个背景下,下面就来谈 HTTP/1.1 的队头阻塞。下图中,一个 TCP 连接同时传输 10 个请求,其中第 1、2、3 个请求已被客户端接收,但第 4 个请求丢失,那么后面第 5 - 10 个请求都被阻塞,需要等第 4 个请求处理完毕才能被处理,这样就浪费了带宽资源。
因此,HTTP 一般又允许每个主机建立 6 个 TCP 连接,这样可以更加充分地利用带宽资源,但每个连接中队头阻塞的问题还是存在。
HTTP/2 的多路复用解决了上述的队头阻塞问题。不像 HTTP/1.1 中只有上一个请求的所有数据包被传输完毕下一个请求的数据包才可以被传输,HTTP/2 中每个请求都被拆分成多个 Frame 通过一条 TCP 连接同时被传输,这样即使一个请求被阻塞,也不会影响其他的请求。如下图所示,不同颜色代表不同的请求,相同颜色的色块代表请求被切分的 Frame。