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近日，ArchSummit 寰球架构师峰会深圳站胜利举办。随着挪动互联网的蓬勃发展，人们对网络速度和实时性的需要日益减少。在面对越来越多的图片、视频和音频等大资源时，页面加载迟缓、视频卡顿等问题频发，传统的传输控制协议（TCP）显得力不从心。近年来，QUIC 协定在网络通信畛域掀起热潮，在直播、视频、点播、下载等场景失去广泛应用，QUIC 显著晋升网络加载速度，带来了前所未有的减速成果和用户体验。会上，火山引擎边缘云高级工程师龙志与多位行业资深专家独特探讨，在大带宽、低延时场景下，打造高质量的网络环境，服务用户这一新难题的解决方案。
火山引擎高级工程师龙志认为：QUIC 作为新型传输协定，能够显著晋升网络性能，在无限的资源条件下承载千万 QPS 成为了可能，这也是大多数行业搭档抉择 QUIC 协定的起因。2018 年，火山引擎正式实现 QUIC 我的项目立项并启动开发；19 年外部 API 业务顺利落地；20 年在文件传输场景落地，QPS 冲破 300 万；2021 年在图片业务落地，QPS 冲破 2000 万；22 年反对抖音春节流动并上线了 IETF QUIC；23 年在视频点播场景落地并反对 MPQUIC 协定，QPS 冲破 3000 万。
QUIC 协定的独特劣势
0-RTT 建设连贯：实践上，TCP 联合 TCP-FastOpen 和 TLS1.3 两个个性能够实现 0 -RTT 能力，但这须要全链路配合，尤其是两头路由器的反对。从业界数据看，在 TCP 上能真正实现 0 -RTT 的比例是极低的。QUIC 是基于 UDP 的协定，具备节俭 TCP 握手的工夫耗费劣势，QUIC 除首次握手外，绝大多数场景都能实现 0 -RTT。目前，火山引擎 QUIC 0-RTT 占比达到 95% 以上；
双边用户态协定栈减速：这两个个性使 QUIC 的设想空间变得更大。比方，一些高级网络个性、多路径、FEC 等性能能够基于 QUIC 实现疾速研发迭代，双端可控，上线部署也十分不便；
连贯迁徙：连贯迁徙是指用户能够在 WiFi 和蜂窝网络之间实现无缝切换。在工程落地过程中，因为边缘节点大多数属于繁多运营商，如果 WiFi 和蜂窝网络属于不同运营商，须要在调度上做一些工作能力实现连贯迁徙；
多路复用：H2 也有相似的性能，但受限于 TCP 的牢靠传输个性，不同申请之间还是会相互影响，存在队头阻塞问题。QUIC 基于 UDP，能够屏蔽这个问题，但 GQUIC 应用 HPACK，Header 都在一条 Stream 上发送，还是会存在肯定水平的阻塞，IETF QUIC 应用 QPACK 的编解码流能够解决这个问题。
火山引擎 QUIC 架构设计
端边云一体：火山引擎 QUIC 充分发挥边缘云端边云一体的劣势，在原有客户端、边缘节点、核心机房接入架构的根底上进行微调，将 QUIC 能力嵌入到端边云全链路中，以最小的代价反对 QUIC 协定能力。同时，端边云共用一套 QUIC 网络库，防止同一个性能须要在双端不同网络库反复实现，大幅晋升开发和运维效率；
高牢靠：在 Nginx 降级时，TCP 能够通过敞开 Listen FD 实现无损降级。火山引擎 QUIC 通过基于 Ebpf 实现的连贯调度模块，在降级时，将新老连贯别离调度到新老 Worker，从而实现无损降级。另外，QUIC 作为一个新型协定，相干的监控、可观测等配套工具不够欠缺。为此，火山引擎在双端实现了协定信息上报能力，实现了实时监控；
高性能：在传输优化方面，火山引擎针对业务网络个性进行针对性优化，分场景定制协定优化算法；在 CPU 优化方面，火山引擎通过丰盛的优化策略，晋升 QUIC CPU 性能，解决 QUIC CPU 高耗费这一痛点；在高级个性方面，针对局部网络性能要求极高的场景，火山引擎提供 MPQUIC、FEC 等高级个性进一步晋升 QUIC 性能，充分发挥客户端多网卡个性，减少弱网反抗能力。
火山引擎 QUIC- 网络性能优化
网络性能 - 全链路剖析系统优化
QUIC 作为新型的双端加密传输协定，短少相应的剖析零碎，但在上线落地过程中难免会遇到性能问题，建设一套全链路剖析零碎显得分外重要。以点播场景为例，火山引擎通过全局的 TraceId 贯通每个申请通过的 Nginx、双端 QUIC 网络库、播放器等要害模块，做到每个申请可追踪，通过数据，造成性能监控大盘。另外，火山引擎对 Qvis 进行定制化开发，实现网络传输可观测和常态化开启状态，为业务排查故障以及优化网络性能带来了十分大的便当。
网络性能 - 分场景优化
以动静 API 申请、视频上传、视频点播点播三个典型场景为例，基于全链路剖析零碎，工程师能够对线上的各种场景进行针对性优化。
动静 API 申请场景：在飞书 QUIC 试验过程中，用户处于企业网环境，局部企业网存在 Udp Block 状况，导致 QUIC 申请失败。面对这种场景，火山引擎充分发挥 TCP 的通用性以及 QUIC 的性能劣势，在新建连贯时减少 TCP、QUIC 竞速机制，通过远端云控竞速策略，使 TCP、QUIC 达到互补状态，晋升稳定性和网络性能；
视频上传场景：视频上传场景中，存在无线网络 RTT 抖动较大，丢包检测算法会触发大量的虚伪重传、升高带宽的无效利用率、减少上传耗时等问题。为此，火山引擎减少了虚伪重传检测机制，如果判断呈现了虚伪重传，零碎会依据状况调整丢包检测阈值（包含工夫阈值和包乱序阈值），晋升传输效率；
视频点播场景：视频点播场景中，新建连贯须要通过若干个 RTT 能力探测到稳固的带宽，这会影响视频起播率。通过施展 QUIC 的双端协定劣势，将用户历史连贯探测到的稳固带宽保留在客户端，下次新建连贯将利用历史数据疾速复原带宽，无效晋升视频起播率。
网络性能 -QUIC FEC 优化
QUIC FEC 在发送数据时依照特定的编码算法发送一些冗余数据。呈现丢包时，接收端能够通过编码数据复原失落的数据包，相比 ARQ(主动申请重传)，能够在更短时间内复原丢包，节俭丢包检测 / 重传过程的耗时。
TLP-FEC：FEC 须要在原始数据根底上减少一些冗余数据，存在原始数据和冗余数据互相抢占带宽的状况，极其场景下甚至会呈现开启 FEC 导致性能劣化的结果。为了应答这种状况，火山引擎提出了 TLP-FEC，即在申请数据的尾部，判断后续数据发送状态，利用闲暇带宽来发送冗余数据，解决带宽抢占的问题。TLP-FEC 适宜动静申请 API 场景；A-FEC：XOR 和 RS 算法，都须要设定精准的冗余度，设置难度高。火山引擎提出 A -FEC(Adaptive FEC 自适应 FEC)策略，以实时统计数据为根底，精准设置冗余度，实现带宽老本和恢复能力的均衡。
网络性能 -QOE 反馈优化
传统协定优化通常基于网络传输的视角进行，对用户的体验感知较少。火山引擎充分利用 QUIC 双边减速特点，与业务深度联合，将业务客户端 QoE 数据 (申请优先级 / 码率 / 网络类型) 反馈给服务端进行针对性优化，无效升高用户卡顿率和重传率，实现降本增效。
网络性能 -MPQUIC 优化
MPQUIC 想在工程上落地，须要对两头链路，包含四层 LB 以及 QUIC 连贯调度模块进行革新。火山引擎对 QUIC CID 进行了从新定义，用不同字段别离示意 QUIC 连贯、后端 RS、门路等信息。利用挪动设施 Wifi 和 Cell 双通道同时传输数据，晋升速度，减少弱网反抗能力，进一步施展 QUIC 双端用户态协定劣势，晋升用户体验。在成果上，线上 Feed 举荐流场景 AB 比照试验结果显示，MPQUIC 对单门路 QUIC 网络性能晋升显著，网络耗时 P99 升高约 40%，平均值和 P90 升高超过 20%。
火山引擎 QUIC-CPU 性能优化
QUIC CPU 高耗费始终是业界痛点，在大流量业务场景中，问题更加突出。
针对不同场景，火山引擎提供通用场景、流媒体场景、动静申请场景等性能优化计划：
通用场景：编译 & 链接优化，如 PGO/LTO/Bolt 等办法；
流媒体场景：发方向，通过 GSO 将 QUIC 包进行聚合，升高零碎调用次数，大大晋升发包性能，数据显示，线上收益 15% 左右；收方向，通过 ACK 算法优化，在不影响网络性能的根底上，升高 ACK 频率，大大降低收包方向 CPU 耗费；
动静申请 API 场景：将 QUIC 握手阶段的非对称加解密卸载到硬件加速卡或者其余机器的闲暇 CPU 上，反对在近程卸载失败的状况下 fallback 到本地卸载模式，晋升握手性能；IETF QUIC 应用 QPACK 的编解码流解决了 GQUIC 中申请 Header 存在的队头阻塞问题。线上会存在局部 Header 始终变动的状况，此时编解码流会继续发送对应 Header 的编码数据，耗费大量 CPU 资源，火山引擎采取不退出动静表的策略来节俭资源耗费。
火山引擎 QUIC- 业务收益
目前，火山引擎 QUIC 已在各场景大规模上线，笼罩了抖音、飞书、头条、西瓜等 APP，波及实时通信、音视频、云游戏等多个畛域，业务场景包含 API、上传、点播、长连贯等，日高峰 QPS 超过 3000 万，且还在一直增长。
ArchSummit 寰球架构师峰会为 QUIC 协定在网络通信畛域的翻新利用提供了一个重要的交流平台。通过这次峰会，行业专家们汇聚智慧，独特探讨 QUIC 在各个业务场景的利用和优化。
火山引擎边缘云愿与社会各界搭档共同努力，致力于摸索网络通信畛域的翻新技术，并与行业共享最新的成绩。通过技术分享与单干，满足用户日益增长的网络需要，助力产业蓬勃发展。对于火山引擎边缘云：火山引擎边缘云，以云原生技术为根底底座，交融异构算力和边缘网络，构建在大规模边缘基础设施之上的云计算服务，造成以边缘地位的计算、网络、存储、平安、智能为外围能力的新一代分布式云计算解决方案。
