开源地址：https://github.com/alibaba/xquic

XQUIC 是什么？

XQUIC[1]是阿里自研的IETF QUIC标准化传输协定库。XQUIC是基于IETF QUIC协定实现的UDP传输框架，蕴含加密牢靠传输、HTTP/3两大块次要内容，为利用提供牢靠、平安、高效的数据传输性能，能够极大改善弱网和挪动网络下产品的用户网络体验。这项技术研发由大淘宝平台技术团队发动和主导，以后有达摩院XG实验室、阿里云CDN等多个团队参加其中。

现今QUIC有多家开源实现，为什么抉择标准协议 + 自研实现的路线？咱们从14年开始关注Google在QUIC上的实际（手机淘宝在16年全面利用HTTP/2），从17年底开始跟进并尝试在电商场景落地GQUIC[2]，在18年底在手淘图片、短视频等场景落地GQUIC并拿到了肯定的网络体验收益。然而在应用开源计划的过程中，或多或少碰到了一些问题，例如包大小过大、依赖简单等等。最终促使咱们走上自研实现的路线。

为什么要抉择IETF QUIC[3]标准化草案的协定版本？过来咱们也尝试过自研公有协定，在端到端都由外部管制的场景下，公有协定确实是很不便的，并且可能追随业务场景的需要疾速迭代演进；但公有协定计划很难走进来建设一个生态圈 / 或者与其余的利用生态圈联合（遵循雷同的标准化协定实现互联互通）；另一方面从云厂商的角度，公有协定也很难与内部客户买通；同时因为IETF凋谢探讨的工作模式，协定在安全性、扩展性上会有更全面充沛的考量。因而咱们抉择IETF QUIC标准化草案版本来落地。截止目前，IETF工作组曾经公布QUIC v1版本[4]RFC，XQUIC曾经反对该版本，并可能与其余开源实现基于QUIC v1互通。

XQUIC 的劣势

XQUIC是一个轻量、高性能、标准化的跨平台协定库：

轻量性：

  • XQUIC在Android/iOS双端的编译产物均小于400KB
  • 除TLS/1.3能力依赖SSL库之外，无其余内部依赖，能够不便地部署到挪动设施和各种嵌入式设施中
  • 实用于须要高性能但同时又对包大小敏感的挪动端APP场景（为了缩小新用户的装置老本，挪动端APP心愿能尽量减少APP包大小）

高性能传输：

  • XQUIC曾经在手机淘宝实现外围导购、短视频链路大规模应用，并绝对于内核态TCP+HTTP/2优化20%的网络申请耗时
  • 反对0-RTT性能
  • 反对多通道传输减速能力[5]

标准化：

  • XQUIC实现了整套IETF QUIC标准协议，蕴含传输层、加密层、应用层协定栈
  • 协定版本反对QUIC version 1，以及draft-29
  • SSL库兼容适配BoringSSL或BabaSSL（可任意抉择其中之一）

易用性：

  • 跨平台：反对Linux/Android/iOS/Mac等平台，后续也会反对Windows平台适配，客户端能够通过SDK形式很不便地接入并应用。
  • 反对Wireshark解析、qlog事件日志规范，不便问题排查
  • 欠缺的文档（中文/英文对照）、demo示例和单测

XQUIC外围介绍

模块设计

XQUIC是IETF QUIC草案版本的一个C协定库实现，端到端的整体链路架构设计如下图所示。XQUIC外部蕴含了QUIC-Transport（传输层）、QUIC-TLS（加密层、与TLS/1.3对接）和HTTP/3.0（应用层）的实现。除了每层的协定栈功能模块之外，在公共模块局部，XQUIC也反对了qlog[5]日志规范。

拥塞控制算法框架

拥塞控制算法模块，在传输协定栈中承当了发动机的职能。为了可能不便地实现多套拥塞控制算法、并不便针对各类典型场景进行优化，咱们将拥塞控制算法流程形象成7个回调接口，其中最外围的两个接口onAck和onLost用于让算法实现收到报文ack和检测到丢包时的解决逻辑。XQUIC外部实现了多套拥塞控制算法，包含最常见的Cubic、New Reno，以及时下比拟风行的BBR v1和v2，每种算法都只须要实现这7个回调接口即可实现残缺算法逻辑。

为了不便用数据驱动网络体验优化，咱们将连贯的丢包率、RTT、带宽等信息通过采样和剖析的形式，联合每个版本的算法调整进行成果剖析。同时在试验环境下模仿实在用户的网络环境散布，更好地事后评估算法调整对于网络体验的改良成果。

传输层能力和利用协定协商

XQUIC提供两套接口，别离是应用规范HTTP3的7层接口和间接应用传输层能力的4层接口，同时XQUIC反对ALPN[6]协商机制，能够通过向ALPN接口注册新的应用层协定回调，并通过握手期间的协商实现多套应用层协定的兼容。

7层协定的扩大能力和易用性： XQUIC的接口中，将QUIC Transport事件归类为通用传输层事件和面向应用层协定的事件。连贯会话、Stream事件面向Application-Layer-Protocol定义；而残余的通用传输层事件，因为在不同的应用层协定之间，具备高度共性，能够复用。这种设计保障了在扩大多种7层协定的时候，开发者只须要关注7层协定对于连贯会话、Stream数据的解决，而不须要反复对QUIC传输层通用事件进行开发。

TLS层设计

QUIC Transport层，对TLS模块有如下依赖：加密握手协商、数据加解密、密钥更新、session resumption、0-RTT、传输参数、ALPN协商。TLS层，则须要依赖底层SSL库，来撑持上述性能。因而，TLS模块存在数据的多样性，以及依赖的多样性，数据流程和代码构造会比较复杂。TLS层须要对这些数据流进行归类整顿，从而来简化上下游的依赖关系，升高代码的复杂度。

XQUIC适配了babassl、boringssl两种底层的ssl库，向上提供对立的接口，从而打消了它们之间接口、流程的差别，并形象为对立的外部数据流程，仅针对不同ssl库提供轻薄的适配层，缩小反复适配的代码逻辑，达到升高代码复杂度、晋升可维护性的成果。同时XQUIC也提供了编译选项，不便开发者依据本身利用的状况，抉择适宜本人的依赖库。

XQUIC开源历史

为什么要做XQUIC

咱们从18年左右，开始摸索从TCP转向UDP方向，最早是基于GQUIC，次要利用在手淘的图片和短视频等内容散发的场景。在18年底19年初，过后大家有一个独特的判断是要走标准化路线，一方面整个标准化协定的设计和安全性都有更齐备的考量，另一方面是因为从网络减速产品角度，公有协定解决方案更难被用户认可。在决定抉择标准化路线之后，过后市面上也没有特地成熟并实用于挪动端的IETF QUIC协定栈实现，所以手淘就启动了自研XQUIC我的项目。

通过1年半的研发和打磨，于20年的6月份开始全面上线，并在20年8月在手淘外围导购RPC申请场景进行规模化验证。在21年初与CDN IETF QUIC产品实现对接，并在短视频场景上开始逐渐利用IETF QUIC技术。在去年的9月份咱们实现了IETF QUIC整套协定栈在短视频场景下的规模化利用。之后，咱们经验了2021年双十一的考验，XQUIC的性能和稳定性都有了很好的验证，因而在往年的1月7号，咱们实现XQUIC的对外开源，后续也将继续更新迭代开源版本。

咱们为什么要开源XQUIC

通过开源能够帮忙整个社区更好地理解这项技术，能够帮忙咱们改良，同时能够通过社区的影响力对这项技术加以推广。社区的反馈也可能帮忙咱们排汇更多的需要场景输出，帮忙咱们更好地迭代这项技术。咱们冀望XQUIC在服务于淘宝技术的同时踊跃回馈社会，也欢送网络技术研发的爱好者退出开源社区与咱们交换。

利用场景和成果

目前，XQUIC曾经在手淘Android/iOS双端正式版本、以及团体对立接入网关大规模利用，比方咱们关上手机淘宝的首页，或是搜寻咱们感兴趣的商品，或是关上逛逛浏览达人的视频，XQUIC都为这些场景提供更快的网络数据传输，每天稳固为超过百亿量级的网络申请提供端到端减速能力。在2021年的双十一购物节中，XQUIC在外围导购链路、短视频场景下也通过了大规模验证。

后续Roadmap

咱们打算每1~2个月公布一个稳固版本，以后打算如下：

新性能个性方面：

  • 互通性功能补充，包含Key update、Retry以及ECN
  • WG draft版本的多路径性能反对
  • 适配开源Tengine的module反对
  • 非牢靠传输datagram反对
  • Masque个性反对

因为以后Multi-path QUIC[5]草案正处于行将被IETF QUIC Working Group接管的流程中，并且WG draft版本与XQUIC后期反对的多路径版本有局部差别，因而咱们临时在开源版本去掉了这部分性能。后续咱们将在2月份基于Working Group草案版本更新多路径性能。

性能优化方面：

  • UDP性能优化feature
  • XUDP适配反对

跨平台撑持方面：

  • windows平台反对

配套工具方面：

  • 网络性能测量工具

文档及中文材料：

  • 开源仓库曾经提供了基于draft-34校订的草案中文翻译，后续会陆续更新RFC8999-9002的中文译版

附录：

[1] XQUIC: https://github.com/alibaba/xquic

[2] GQUIC: 指Google QUIC版本，与IETF QUIC草案版本有肯定差别

[3] IETF QUIC: 指IETF工作组推动的QUIC规范 https://datatracker.ietf.org/...，包含RFC8999~9002，以及还在推动中的HTTP/3.0、QPACK等一系列内容

[4] QUIC v1: RFC8999~9002所形容的QUIC协定版本

[5] MPQUIC: 行将被IETF QUIC WG工作组接管的草案 https://datatracker.ietf.org/...

[6] ALPN协商: https://datatracker.ietf.org/...

团队介绍

XQUIC团队隶属于大淘宝平台技术-挪动技术中台团队，心愿能通过网络技术演进给用户带来更丝滑的体验。如果对XQUIC、网络技术、高性能网络传输等畛域比拟感兴趣，欢送点击“浏览原文”关注咱们的 GitHub 仓库：

https://github.com/alibaba/xquic

如果在应用XQUIC相干产品中遇到问题，欢送退出XQUIC社区钉钉群反馈&交换：

如果你想退出咱们，欢送投递简历至miaoji.lym#alibaba-inc.com（投递简历时请把#换成@）

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