GA使用HTTP/3協議提升應用系統訪問體驗 - Global Accelerator

QUIC協議是一種基於UDP的低延遲傳輸協議，而HTTP/3協議建立在QUIC協議之上，無需重連即可實現多工，提升資源的訪問效率。在弱網路、Wi-Fi和移動網路頻繁切換、高延遲丟包率高等情境下，您在用GA服務進行加速時可使用HTTP/3協議，加速應用訪問、提升系統效能並改善使用者體驗。

功能簡介

QUIC與HTTP/3協議及其特性

QUIC協議（Quick UDP Internet Connections，快速UDP互連網連線協定）是一種基於UDP的低延遲傳輸協議，旨在提供更快、更安全的互連網串連。QUIC的設計目標主要是為瞭解決TCP和TLS在現代網路環境中的效能瓶頸問題，特別是在高延遲網路和多工串連方面。

由於其效能優勢，QUIC被廣泛認為是未來互連網傳輸協議的重要方向之一，也是HTTP/3協議的基礎傳輸層協議。隨著各大瀏覽器和Web伺服器開始支援QUIC，它正逐漸成為現代互連網基礎設施的一部分。

為什麼使用QUIC和HTTP/3協議？

HTTP/3通過採用QUIC作為傳輸層協議，並結合一系列最佳化措施，在效能、安全性和可靠性方面相較於HTTP/1和HTTP/2有了顯著提升，特別是在高延遲、丟包率高的網路環境中表現更為出色。

以下是QUIC協議的一些關鍵優勢與特性：

降低延遲：
- 多工：TCP建立串連需要三向交握，而TLS安全協商也需要額外的往返，這在高延遲網路環境下會顯著增加串連建立時間。QUIC允許在一個單一的UDP流上同時處理多個獨立的雙向資料流，這有助於降低建立多個TCP串連帶來的延遲，並且可以更好地應對丟包情況。
傳輸可靠：
- 快速重傳和擁塞控制：QUIC實現了自己的擁塞控制機制和快速重傳策略。當檢測到資料包丟失時，QUIC能夠迅速重傳丟失的資料，同時根據網路狀況動態調整資料發送速率，避免網路擁塞，保證資料轉送的高效和可靠。
- 前向錯誤修正：QUIC可以使用前向錯誤修正技術，在資料包發送時加入冗餘資訊，使得接收端即使在部分資料包丟失的情況下，也能夠通過這些冗餘資訊恢複未經處理資料，而無需進行重傳請求，從而提高傳輸的可靠性。
加密安全：
- 基於TLS：QUIC從一開始就將加密作為協議的一部分，每個QUIC串連都強制使用TLS進行加密，包括握手過程和之後的所有資料轉送，這確保了資料的機密性和完整性。
- 全流量加密：TCP資料轉送易受中間環節如防火牆規則和NAT裝置影響，安全性受限。相比之下，QUIC基於UDP，並通過全流量加密增強了資料包在整個傳輸路徑中的完整性和私密性，消除中間節點幹擾。

HTTP/3協議使用情境

改善網頁瀏覽體驗：對於網頁瀏覽而言，HTTP/3可以減少頁面載入時間，特別是對於那些需要載入多個資源的複雜網頁。通過QUIC提供的多工等能力，使用者能更快地看到網頁內容。
即時通訊應用：如即時通訊、視頻會議和線上遊戲等對延遲非常敏感的應用程式可以從HTTP/3中獲益。QUIC的低延遲特性和快速錯誤恢複機制有助於保持流暢的即時通訊體驗。
行動裝置上的應用：移動網路環境下的串連往往不穩定，HTTP/3通過QUIC的無損恢複機制和對網路變化的更好適應性，能夠為移動使用者提供更穩定的串連體驗。
流媒體服務：對於視頻和音頻流媒體服務，例如短視頻、直播等行業，HTTP/3可以提供更連續的播放體驗，減少緩衝和中斷的情況，提升使用者滿意度。
高並發情境：例如大型電商平台、社交媒體平台在高流量時段，HTTP/3的多工能力可以有效處理大量並發請求，而不會像HTTP/2那樣容易遇到隊頭阻塞的問題。

GA支援的協議版本與用戶端要求

GA支援的HTTP/3協議版本為h3。需要確保用戶端支援的HTTP/3版本與GA的版本適配：

對應的Chrome瀏覽器版本為Chrome 87及以上版本。如果使用其他瀏覽器，需要確保瀏覽器支援HTTP/3。
如果您使用其他用戶端例如自研APP，則用戶端必須整合支援QUIC協議的網路程式庫，例如：lsquic-client、cronet網路程式庫、ngtcp2和quiche等。

GA與用戶端如何協商HTTP/3

在伺服器與用戶端建立HTTP/3串連前，由於UDP的無串連特性，用戶端通常會先通過TLS 1.3握手與伺服器建立安全連線，並在這個過程中自動協商使用HTTP/3，而不需要使用者或開發人員明確指定。

HTTP/3是一個全新的協議，它不是直接在HTTP/1.1或HTTP/2之上的更新或擴充，而是基於QUIC協議。由於這個根本性的改變，HTTP/3與之前的HTTP版本在協議層面並不直接相容。為了確保向後相容，Web伺服器和瀏覽器通常會實現多種HTTP版本，包括HTTP/1.1、HTTP/2和HTTP/3，並且能夠根據用戶端和伺服器的支援情況自動協商使用最適合的協議版本。這意味著，雖然HTTP/3本身不直接相容舊版HTTP，但通過現代的用戶端與伺服器實現，使用者和開發人員通常無需擔心相容性問題，因為技術層面上會自動處理協議的選擇和降級。

GA與用戶端協商HTTP/3的過程：

在GA執行個體的HTTPS監聽中，HTTP協議的最大版本配置為HTTP/3之後，GA將向用戶端通告HTTP/3支援。在HTTP響應標題Alt-Svc中通告支援，Alt-Svc標題值為：Alt-Svc : h3=":$quic_port"; ma=3600。
用戶端嘗試與GA建立HTTP串連。需要注意：
- 用戶端在無法建立HTTP/3串連時，始終回退為使用HTTP/1.1或HTTP/2。
- 用戶端支援使用HTTP/3有關的緩衝Cookie。
- 無法建立HTTP/3串連的情境：
  - 用戶端支援的HTTP/3版本與GA支援的HTTP/3版本不相容。
  - GA檢測到UDP流量阻塞或速率受限以致HTTP/3無法工作。
  - 用戶端完全不支援HTTP/3，因此不嘗試協商HTTP/3串連。
啟用或停用GA的HTTP/3配置不會影響GA串連到用戶端的能力。

情境樣本

某公司的總部在德國（法蘭克福），總部的一台應用伺服器上部署了一個網站用於提供視頻服務。用戶端主要分布在華北（北京）地區。

該公司的網站服務面臨以下挑戰：

希望從HTTP快速升級到HTTP/3協議對外提供服務，提升服務品質與系統能力。
跨國公網不穩定，經常出現延遲、抖動、丟包等網路問題。

使用GA開啟HTTP/3協議後，能夠充分利用HTTP/3基於QUIC的高效傳輸機制，減少延遲、增強串連可靠性，改善在網路狀況不佳時的資料轉送效能。

此外，結合HTTPS加密措施，不僅能確保華北（北京）使用者通過Global Acceleration節點安全地訪問伺服器上的資源，而且還能在最佳化傳輸效率的同時，有力保障敏感資訊在跨越廣闊地理地區傳輸過程中的安全性，從而全面提升公司網站的服務品質和資料安全。

使用限制

GA使用HTTP/3協議，需要在配置HTTPS監聽時選擇HTTP協議的最大版本為HTTP/3。
僅標準型隨用隨付GA執行個體支援配置HTTP/3。標準型訂用帳戶GA執行個體、基礎型GA執行個體暫不支援。
如果您的隨用隨付GA執行個體不支援配置HTTP協議的最大版本，可能是由於執行個體版本不支援。如需使用，請向商務經理申請升級執行個體。

前提條件

總部應用伺服器已完成部署配置，可正常對外提供HTTP服務。
測試服務配置樣本參考
本文使用德國（法蘭克福）地區的ECS伺服器用於測試，作業系統為CentOS 7.9。
服務部署命令樣本如下：
說明
需要將測試視頻檔案上傳至伺服器，並且將下面第四行命令的視頻檔案路徑修改為正確的檔案路徑。
樣本中是將mp4檔案上傳到index.html同級目錄下。
```
yum install -y nginx
systemctl start nginx.service
cd /usr/share/nginx/html/
echo "<video src="GA.mp4" controls=""></video>" > index.html
```
已經註冊網域名稱並完成備案。具體操作，請參見註冊阿里雲網域名稱、ICP備案流程。
已購買認證或者上傳第三方認證到SSL認證服務並綁定網域名稱。關於建立認證，請參見使用正式認證為Web網站開啟HTTPS訪問。

操作步驟

步驟一：配置GA執行個體並開啟HTTP/3

登入Global Acceleration管理主控台。
在執行個體列表頁面，單擊左上方建立加速執行個體 > 標準型隨用隨付。
執行個體基礎配置頁面，自訂GA執行個體名稱。完成後單擊下一步。
配置加速地區頁面，加速地區選擇華北2（北京），其他參數可保持預設值或根據實際情況修改。完成後單擊下一步。
重要
如果頻寬峰值設定過低，可能出現限速從而導致流量被丟棄，請合理規劃頻寬峰值，確保和業務需求匹配。

配置監聽頁面，配置以下資訊，其他參數可保持預設值或根據實際情況修改。完成後單擊下一步。

配置	說明
協議	選擇HTTPS。
HTTP協議的最大版本	選擇HTTP/3。說明如果您的隨用隨付GA執行個體不支援配置HTTP協議的最大版本，可能是由於執行個體版本不支援。如需使用，請向商務經理申請升級執行個體。若用戶端不支援HTTP/3，Global Acceleration同時支援HTTP/2或HTTP/1.1請求接入。
連接埠	選擇HTTPS預設連接埠443。
伺服器憑證	選擇您的網域名稱對應的SSL認證。

配置終端節點群組頁面，配置以下資訊，其他參數可保持預設值或根據實際情況修改。完成後單擊下一步。

配置	說明
地區	選擇德國（法蘭克福）。
終端節點配置	後端服務類型選擇ECS。後端服務選擇您的應用伺服器。
連接埠映射	監聽連接埠和應用服務連接埠不相同時，需要配置連接埠映射關係。本文監聽連接埠配置為443，終端節點連接埠配置為80。
跨境服務配置	本文情境下，業務配置涉及中國內地與非中國內地之間，或其他國家和地區之間的跨境訪問加速時，需閱讀並選中資料跨境合規承諾。

跨境合規 INTL

組態稽核頁面，審核無誤後單擊提交，等待執行個體完成建立與配置。

步驟二：佈建網域名解析

您需要將自有網域名稱通過DNS解析到Global Acceleration的CNAME地址，訪問請求才能轉寄到Global Acceleration服務，實現加速效果。

登入Global Acceleration管理主控台。
選擇要進行網域名稱解析的GA執行個體，複製其對應的CNAME地址。

完成以下步驟來添加CNAME解析記錄。

在網域名稱解析頁面，找到目標自有網域名稱，在操作列單擊解析設定。
說明
對於非阿里雲註冊網域名稱，需先添加網域名稱到雲解析控制台，才可以進行網域名稱解析設定。
在解析設定頁面單擊添加記錄。

在添加記錄面板配置以下資訊完成CNAME解析配置，然後單擊確認。

配置	說明
記錄類型	在下拉式清單中選擇CNAME。
主機記錄	您的網域名稱的首碼。
解析請求來源	選擇預設。
TTL時間	全稱Time To Live，表示DNS記錄在DNS伺服器上的緩衝時間，本文使用預設值。
記錄值	輸入欄位名對應的CNAME地址，即您複製的GA執行個體的CNAME地址。

步驟三：驗證HTTP/3以及加速效果

以華北2（北京）加速地區的用戶端訪問為例，測試視頻加速效果。

測試使用了HTTP/3的GA加速效果：
瀏覽器開啟開發人員工具，訪問https://<自有網域名稱>，可以正常訪問後端服務。您可以通過禁用瀏覽器緩衝避免緩衝對HTTP/3協商的影響，例如在Chrome中勾選Disable cache。
測試不使用HTTP/3時的GA加速效果：
修改GA執行個體的HTTPS監聽配置參數，將HTTP協議的最大版本修改為HTTP/2。
瀏覽器開啟開發人員工具，訪問https://<自有網域名稱>，可以正常訪問後端服務。
測試未使用GA進行加速的效果：
應用伺服器如果沒有公網IP地址，可先綁定Elastic IP Address。
瀏覽器開啟開發人員工具，直接存取http://<公網IP地址>:<連接埠>，可以正常訪問後端服務。

加速效果對比：

匯總如上測試資料，可以看出使用GA加速並且使用HTTP/3之後，提升了用戶端訪問後端伺服器視頻的速度。

情境	頁面預先載入（3.3MB）耗時	視頻全量載入完成（112MB）耗時	頁面預先載入資料對比（提升時間長度/提升百分比）	視頻全量載入資料對比（提升時間長度/提升百分比）
情境一：使用GA加速並且使用HTTP/3	16.86秒	3.8分鐘	相比情境二，提升0.78秒/提升4.42%	相比情境二，提升0.4分鐘/提升9.52%
情境二：使用GA加速但不使用HTTP/3	17.64秒	4.2分鐘	相比情境三，提升48.36秒/提升73.27%	相比情境三，提升34.4分鐘/提升89.12%
情境三：不使用GA加速	1.1分鐘	38.6分鐘	/	/

說明

本文樣本與資料僅供參考。實際加速效果請以您的實際業務測試為準。

常見問題

為什麼控制台沒有HTTP/3配置選項？

如果您的隨用隨付GA執行個體不支援配置HTTP協議的最大版本，可能是由於執行個體版本不支援。如需使用，請向商務經理申請升級執行個體。

為什麼用戶端無法使用HTTP/3？

GA與用戶端協商HTTP/3不成功時，會回退為使用HTTP/1.1或HTTP/2，協商機制請參見GA與用戶端如何協商HTTP/3。

Global Accelerator：GA使用HTTP/3協議提升應用系統訪問體驗