互联网通信发展史其实是人类与RTT斗争的历史
什么是RTT？
RTT是Round Trip Time的缩写，通俗地说，就是通信一来一回的时间。
TCP建立连接时间
最早大家使用TCP来运输HTTP，TCP想必大家很熟悉了，需要三次握手，建立了TCP虚拟通道，那么这三次握手需要几个RTT时间呢？
一去 （SYN）
二回 （SYN+ACK）
三去 （ACK）
相当于一个半来回，故TCP连接的时间 = 1.5 RTT 。
HTTP交易时间
这意味着，用户在浏览器里输入的网址URL，直到时间流逝了1.5RTT之后，TCP才开始运输HTTP Request，浏览器收到服务器的HTTP Response，又要等待的时间为：
一去（HTTP Request）
二回 （HTTP Responses）
故HTTP的交易时间 = 1 RTT
那么基于TCP传输的HTTP通信，一共花费的时间总和：
HTTP通信时间总和 = TCP连接时间 + HTTP交易时间= 1.5 RTT + 1 RTT = 2.5 RTT
安全加密通信
随着互联网的爆发式增长，人类发现完全明文传输的HTTP通信很不安全。做为OSI七层参考模型的现实实现的TCP/IP协议，在设计之初没有考虑安全加密的环节。
互联网先驱Netscape公司，创造性发明了SSL（Secure Socket Layer），SSL位于TCP与HTTP之间，做为HTTP的安全供应商，全权负责HTTP的安全加密工作。
IP / TCP / SSL / [HTTP]
各个通信模块之间的站位如上所示，将HTTP用[ ]括起来，表示HTTP被SSL安全加密了。
随着SSL的名气攀升，互联网标准化组织IETF，觉得SSL是一个好东西，就拿来用了。
但SSL最初只是用于加密HTTP的，IETF觉得这是一个硬伤，为什么不能用来做为所有应用层协议的安全供应商呢？来传输邮件、文件、新闻等等。实现这一点很简单，只要在协议里增加一个Application Protocol 类型字段。
在Application Protocol 有一个类型是“IP”,意味着TLS不仅可以运输应用层协议如HTTP、FTP，还可以运输IP，这就是Cisco Any Connect的应用场景。
TLS (Transport Layer Security)
于是，IETF在SSL 3.0版本的基础上，重新设计并命名了这个协议，其全新的名字为TLS，最初的版本为1.0版本。从其名字就可以看出，其核心使命就是保证传输层的安全。各个通信部门成员的占位与SSL占位一致：
IP / TCP / TLS / [HTTP]
到目前为止，浏览器支持的TLS版本为TLS 1.0、1.1、1.2，当然版本越高越成熟、越安全。
HTTPS
通常将TLS安全保护的HTTP通信，称之为HTTPS，以区别于没有TLS安全防护的HTTP明文通信。
交待了上文的背景知识，还是要回到本文的主题，来看看自从引入了TLS安全防护，看看HTTPS通信的RTT增加到了多少？
TLS 1.2
以1.2 版本为例，看看HTTPS通信一共要消耗几个RTT时间？
1. 浏览器给服务器发送的Client Hello消息（一去）
首长好，我支持1.2版本，加密套件列表1、2、3…，以及我的随机码N1，请出示您的证件。
2. 服务器给浏览器发送的Server Hello消息（二回）
同志们好，那就1.2版本通信吧，加密套件我选用1，我的随机码N2，ECDHE密钥交换素材2，这是我的证件。同志们辛苦了！
3. 浏览器给服务器发送的Key Exchange消息（三去）
为人民服务！ 嘴里虽这么说着，私下还要偷偷验证首长的证件是否伪造的。
首长证书验证成功之后，还要给首长会话呢？会话内容如下：首长辛苦了！ 我的ECDHE密钥交换素材1，接下来我发给您的消息都要加密了（Change Spec）。
从这以后，双方的HTTP通信将使用TLS加密了。一共花费了1.5个RTT时间。
让我们来计算一下整个HTTPS通信花费的时间总和：
HTTPS通信时间总和 = TCP连接时间 + TLS 连接时间 + HTTP交易时间= 1.5 RTT + 1.5 RTT + 1 RTT = 4 RTT
如果浏览器与服务器物理距离很近，RTT < 10 ms，即使4 RTT最大也不过40 ms的时间，用户压根感觉不到慢。
如果浏览器与服务器相隔上万公里，一个RTT时间通常在200ms以上，4RTT时间通常在1秒以上，用户会明显感觉到网速慢了。
HTTP 1.x
和很多人想象不一样的是，浏览器从服务器获取的一个页面，
通常由很多资源链接所组成。
服务器给浏览器推送的第一个页面，页面里通常嵌入了图片资源文本链接、以及动态页面资源链接、或第三方网站的链接资源，还需要浏览器根据这些文本链接内容，去链接所对应的服务器，继续下载链接所对应的内容。浏览器通常采用的流程是，重新建立一个TCP连接、TLS连接、HTTP交易。
这又是一个漫长的4RTT等待过程，用户看到浏览器完整页面的时间为
完整页面加载时间 = 4RTT *2 = 8RTT
HTTP /2
自然有人会问，既然第一次页面与第二次页面都是同一个网站服务器，为何第二次页面要重新建立一个TCP连接，一个TLS连接？
如果重用第一个TCP连接，那么就少了1.5 RTT + 1.5 RTT = 3 RTT的时间。
这是一个好主意，就是用户的多个HTTP Request请求，使用同一个逻辑通道进行运输，这样会大大减少重新建立连接所花费的时间。
但是，这样会带来一个副作用，多个HTTP流使用同一个TCP连接，遵守同一个流量状态控制。只要第一个HTTP流遭遇到拥塞，剩下的HTTP流压根没法发出去，这就是头部阻塞（Head of line Blocking）。既然TCP不好用，那为何要吊死在TCP这一棵树上呢？
外面的世界很精彩，到外面的世界逛逛。
QUIC（Quick UDP Internet Connection）
逛下来的感受是，UDP不需要连接，不会带来附加的RTT时间，UDP是一个好的合伙人被HTTP /2拉上了贼船，各合伙人的站位如下：
IP / UDP / QUIC
这个就是Google开发QUIC协议，QUIC协议集成了TCP可靠传输机制、TLS安全加密、HTTP /2 流量复用技术，其页面的加载时间为2.5 RTT时间。
此外，完成QUIC交易的连接的Session ID会缓存在浏览器内存里，如果用户再次打开该页面，无需建立TLS连接，直接使用缓存Session ID 对应的加密参数，服务器可以根据Session ID在缓存里查找对应的加密参数，并完成加密。
换句话说，重连TLS连接是一个0 RTT 事件，用户所要等待的页面加载事件 =HTTP交易事件 = 1 RTT。
HTTP /3
这一次IETF又觉得QUIC是一个好东西，但是希望QUIC不仅可以运输HTTP，还可以运输其它协议，把QUIC与HTTP分离，最终各合伙人的占位如下所示：
IP / UDP / QUIC / HTTP
这样整体的页面加载时间为2 RTT。
TLS 1.3
IETF的QUIC标准集成了TLS 1.3版本，1.3版本更简练，建立TLS连接不再需要1.5 RTT，而只需要1 RTT，是因为浏览器第一次就把自己的密钥交换的素材发给服务器，这样就节省了第三次消息，少了0.5个RTT时间。
页面的整体加载时间 = TLS 1.3连接时间 + HTTP交易时间 = 1RTT + 1RTT = 2 RTT
重连页面的加载时间 = HTTP交易时间 = 1 RTT
HTTP /3所带来的挑战
99%+以上的手机移动终端、电脑终端，都使用私有IP，都需要NAT设备来完成私有IP与全球IP的转换。这意味着NAT设备通常会记忆用户的通信状态，一旦用户完成了通信，NAT设备会释放这些记忆
对于基于TCP的HTTP、HTTPS传输，NAT设备可以根据TCP报文头的SYN / FIN状态位，知道通信什么时候开始，什么时候结束，对应记忆的开始、记忆的结束。
但是基于UDP传输的HTTP/3，NAT设备收到流量会知道连接什么时候开始，但是却无法知道流量什么时候结束。
NAT设备的记忆如果短于用户会话时间，则用户会话会中断。
NAT设备的记忆如果大大长于用户会话时间，则意味着NAT设备的端口资源会白白被占用！
最直接的解决方案是，在QUIC的头部模仿TCP的SYN/FIN状态，让沿途的NAT设备知道会话什么时候开始、什么时候结束。但这需要升级全球所有的NAT设备的软件！
另外一个可行的方案是，让QUIC周期性地发送Keepalive消息，刷新NAT设备的记忆，避免NAT设备释放自己的记忆。
HTTP/3 或者说核心的 QUIC 协议主要是在做三个事情：
- 通过提高链接利用效率减少 RTT，提高数据交互速度。
- 在第一条的基础上，囊括安全需求。
- 解决当前实际网络环境中的适配问题，也就是说协议不能太过 Breaking Change 了。
HTTP/1.1 持续发展中，有两个东西变得比较重要，一个是 HTTPS，一个是 HTTP/2。
其中， HTTPS 是在 HTTP 的协议上加了一层加密协商，这层加密协商在提高安全性的同时带来了完全新增的 TLS RTT，这对延迟是必然的增加。HTTP/2 的链接复用虽然可以将多个资源放到一个链接里，实现多路复用，却仍有 TCP 层面的排头阻塞（Head-of-line blocking）问题。
QUIC 要解决上面问题，要安全，也要复用。会话层是不能单独拿出来做协商了，这个 RTT 是不能留的，最好就是把他整合到新的协议里，所以 QUIC 是 Build-in security; HTTP/2 的复用能力更要覆盖，所以 QUIC 链接建立后的 HTTP 请求也是能直接复用的，等于是完成上述两个东西的一个优化协议。
然而，QUIC 的实现在传输层换了协议，从 TCP 换到了 UDP，这个变化可不是说升级就升级的，因为 QUIC 协议要保证可靠、有序、能校错，这些都不是 UDP 被对待的方式啊！很多场景下，UDP 都被当做「可以偶尔被丢弃的流量」，这对一个可靠数据传输是不能承受的。
比如，一个官方的例子：NAT 网关。NAT 网关对 TCP 的映射是根据 source_ip:port 和 destination_ip:port 来做的，经过 NAT 网关的 TCP 流量都通过这个四元组做识别，监听 SYN 和 ACK 可以确定 TCP 链接是否建立是否断开；而 NAT 网关对 UDP 流量的处理却没有这么可靠，对于 UDP 流量，NAT 的端口映射可能在某次传输超时之后就被重新分配了，这本来对 UDP 的不可靠的流量也不那么严重，但 QUIC 基于这种实际情况下做，某个建立好要复用的链接，对 NAT 内部机器来说流量来源的端口是会发生变化的，从而四元组做链接标识的事情就结束了。
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