1 简介

在网络通信领域，TCP/IP协议栈和谷歌提出的第三代互联网协议标准（即QUIC，Quick UDP Internet Connections）是两种主流的通信协议。

TCP协议一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。它在IP协议提供的不可靠数据服务的基础上，采用了重发技术，为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。

UDP是一种不可靠的、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信，与TCP相比，UDP是一种无连接的协议，它的错误检测功能要弱得多。

第三代互联网协议企图通过UDP实现，也就是QUIC。

2 协议基础与设计目标

• TCP/IP

基础: TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）协议栈是由TCP和IP等协议组成的分层模型，诞生于1970年代，用于定义网络中不同设备如何通信。

设计目标: 提供可靠的、面向连接的通信。TCP主要负责可靠传输、流量控制和拥塞控制。

优点:

面向连接：TCP通过三次握手建立连接，保证了数据传输的可靠性。
全面成熟：经过几十年的广泛应用和不断优化，已经非常稳定，具有很强的互操作性。
普遍支持：几乎所有的操作系统、网络设备和应用程序都支持TCP/IP协议栈。

• QUIC

基础: QUIC是谷歌在2012年推出的一种基于UDP的新型传输协议。它旨在通过减少连接建立时间、减少延迟、提高传输性能来改进传统TCP协议的不足。

设计目标: 通过基于UDP的传输机制提高性能，特别是为HTTP/3和现代互联网服务优化。QUIC的设计初衷是为了加速页面加载、视频流等场景。

优点:

减少延迟：QUIC可以在第一次握手时就发送数据，省去了TCP三次握手的延迟。
连接迁移：QUIC的连接可以在不同IP或网络之间无缝迁移，比如在Wi-Fi和蜂窝数据之间切换，保持会话不中断。
内置加密：QUIC协议默认内置了TLS加密，安全性更高且减少了额外的加密握手时间。
多路复用：相比于HTTP/2多路复用可能受到TCP底层阻塞的影响，QUIC可以避免“队头阻塞”（Head-of-line Blocking）的问题。

3 传输性能和连接管理

• TCP/IP

传输性能:

TCP的可靠性基于序列号、确认和重传机制，保证每个数据包都会被正确接收和按顺序排列。但这也意味着如果某个数据包丢失，整个传输会等待重传，可能造成性能损失。
拥塞控制与流量控制在现代网络环境中有时显得过于保守，特别是在高延迟高带宽网络中。

连接管理: TCP是面向连接的协议，连接管理通过三次握手和四次挥手来完成，虽然可靠性高，但建立和断开连接的过程带来了额外的延迟。

• QUIC

传输性能:

QUIC可以在单个握手中完成连接建立和加密密钥协商，显著减少了初始延迟。

QUIC利用UDP的无连接性特点，使得它可以避免TCP的队头阻塞，并且更好地适应高延迟和不稳定网络环境（例如移动网络）。

QUIC通过多路复用机制，能够同时传输多个数据流，不会因为单个流的丢包或延迟影响其他流的传输。

连接管理:

QUIC允许连接在网络或IP地址发生变化时保持不变，这对于移动设备从Wi-Fi切换到4G/5G网络时尤为有用，保证了连接不中断。

4 安全性

• TCP/IP

安全性: TCP/IP协议本身并不包含任何加密或认证机制，安全性通常依赖于其他协议，如SSL/TLS进行加密。SSL/TLS通常需要额外的握手和加密/解密开销，增加了连接时延。

• QUIC

安全性: QUIC默认集成了TLS 1.3加密协议，这意味着QUIC协议自带了加密功能，传输的数据在出厂时就是加密的。这减少了配置和实施加密的复杂性，并且可以减少加密带来的握手延迟。

5 适用场景

• TCP/IP

适用于需要可靠传输的场景，特别是在必须保证数据不丢失的应用中（如文件传输、电子邮件、数据库同步等）。
面向大多数传统网络服务和应用，通用性强。

• QUIC

适用于需要低延迟和高吞吐量的应用，如视频流、在线游戏、实时通信以及现代网页加载。它特别为HTTP/3和移动互联网优化。

6 为什么TCP/IP仍然是主流协议

TCP/IP协议栈已经经过几十年的发展和应用，成为了互联网的核心基础设施。它几乎得到了全球网络设备、服务器、客户端以及各种操作系统的支持。面对成熟和广泛的支持的协议.更换这样一个庞大的基础设施是极具挑战性的。

另一方面TCP/IP协议是互联网的基础协议，几乎所有应用都依赖它运行。因此，任何新的协议如QUIC都必须能够与现有的TCP/IP体系兼容，尤其是在基础设施和设备层面需要保证向后兼容性。

成本高昂，尽管QUIC和HTTP/3已经被很多大型服务提供商（如谷歌、Cloudflare等）广泛采用，但全面取代TCP/IP的部署成本很高。运营商、企业以及终端用户设备的更新需要时间和资源。

虽然QUIC在低延迟和高流量环境下表现优异，但在某些特定场景下（例如对可靠性要求极高的系统，或不允许丢包的文件传输）TCP仍然具有不可替代的优势。

7 小结

QUIC作为谷歌提出的新一代传输协议，具有更高的性能、内置安全性以及更好的适应性，特别适合现代互联网应用，尤其是移动设备和实时通信场景。

然而，TCP/IP由于其深厚的历史积淀和广泛的设备兼容性，依然是当前互联网的主流协议。尽管QUIC和HTTP/3已经逐渐被更多的应用接受和推广，但全面替代TCP/IP可能还需要更多的时间和发展。