QUIC的packet分為Special Packets和Regular Packets兩種，其中各自又有兩種不同的packet

特殊報文：
版本協商報文（Version Negotiation Packets）
公共重置報文（Public Reset Packets）

普通報文：
常規報文(Regular Packets)
FEC（Forward Error Correction）報文

QUIC報文的大小需要滿足路徑MTU (最大傳輸單元Maximum Transmission Unit) 的大小以避免被分片。當前QUIC在IPV6下的最大報文長度為1350，IPV4下的最大報文長度為1370.

所有的Quic包都是以一個1~51字節的公共頭開始的。其格式如下

紅色部分是認證的報文頭部，綠色部分是加密的報文內容

QUIC Public Packet Header

其中最重要的就是Public Flags,占一個字節,8個bit

0x01: 如果Bit0位被置為1, 0x01 = PUBLIC_FLAG_VERSION) ，該字段的含義取決于報文是客戶端發送的還是服務端發送的。如果是客戶端發送，這一位被置上表示QUIC Version字段不為空，且QUIC Version字段被填充為客戶端的QUIC版本。在客戶端收到服務端同意建立該版本的連接報文之前，客戶端發送的所有報文的這一位都必須被設置。如果服務端同意建立該版本的連接，那么之后這一位就不用設置了。
如果這一位是被服務端發送的報文設置的，那么就表示該報文是版本協商報文（Version Negotiation Packet）

0x02: 如果Bit1被置上 (0x02 = PUBLIC_FLAG_RESET)，表明該報文是公共重置報文（Public Reset packet）

0x04: Bit2被置上就表示包頭包含了32字節的 Diversification Nonce

0x08: Bit3被置上就表示header中包含8字節的connection id 這個標志位在所有的包中都應該被設置

在0x30上的兩位（Bit4,Bit5）表示packet number 的長度，只有在含有Frame Packets的時候這兩位才會使用到，也就是說Reset 包和版本協商包都是不需要packet number的 (因為packet number是為了解決TCP重傳歧義性的問題)

• 0x30（Bit5及Bit4均為1）表示：packet number是6個字節
• 0x20（Bit5為1，Bit4為0）表示：packet number是4個字節
• 0x10（Bit5為0，Bit4為1）表示：packet numbe是2個字節
• 0x00（Bit5及Bit4均為0）表示：packet numbe是1個字節

0x40: Bit6 是預留給多路徑使用的

0x80: Bit7未使用，必須置為0

connection ID: 64位無符號整型，由client隨機產生,用來標識一個連接, 之所以使用Connection ID而不使用四元組標識（源 IP，源端口，目的 IP，目的端口），是為了就算 IP 或者端口發生變化時，只要 ID 不變，這條連接依舊可以維持，上層業務邏輯感知不到變化，不會中斷，也就不需要重連。

Quic Version : 32位,用來表示Quic 協議版本.只有當PUBLIC_FLAG_VERSION 被設置才會存在這個字段。server 只有在不支持客戶端攜帶的版本時，才會設置PUBLIC_FLAG_VERSION并且其后不會再附帶其他信息(也就是版本協商包)。

Packet Number : 可能為8,16,32,48位的packet number,具體的長度由public flags決定 。每個常規包(Regular Packet)都會被分配一個packet number, 各端發送的第一個包的packet number是1，之后的數據包中的packet number都會大于前一個包的packet number(單調遞增)

Public Flags的解析流程如下:

版本協商包報文

版本協商報文只能由服務端發送。版本協議報文以1字節的Public Flag及8字節的Connection ID開始。且public flag 必須置為PUBLIC_FLAG_VERSION,并標識Connection ID長度為8字節，剩下的部分，每4個字節表示server端 所支持的Quic版本信息

公共重置包 (Public Reset Packet)

Reset packets are sent by a server that does not have state for the connection, which may happen due to a routing change or due to a server restart.

Public Reset Packet的public flags必須設置PUBLIC_FLAG_RESET且標識Connection ID長度為8字節，剩余的部分是QUIC Tag。

Tag value map包含如下的tag-values：
RNON (public reset nonce proof)：64位的無符號整數，必填
RSEQ (rejected packet number) ：64位，必填
CADR (client address)：客戶端的IP地址及端口。當前用于調試用途，可選

Regular Packet

常規包是經過認證和加密的，公共頭(Public Header)只經過認證，并沒有加密，包的剩余部分都是經過加密的。一個常規包會包含一系列的Frames

幀包有一系列不同的類型, 一般幀包的格式如下:

也分為普通幀包和特殊幀包

Stream Frame

STREAM Frame既用于隱式創建一條流，也用于發送數據，格式如下

Stream Frame的type是1fdooossB,這是一個8bit的值，包含各種flags
最左邊的bit 必須設置為1，表示這是一個STREAM frame, ‘f’ bit位表示 Fin 位，當該位被設置為1時,表示發送方已經發完了，連接將處于半關閉狀態。‘d’ bit表示在STREAM header中是否包含有數據長度，
當被設置為0時，表示 直到包尾都是STREAM Frame，后續的三個’ooo’bit表示Offset 長度，分別為 0,16,24,32,40,48,58,64位 ，再接下來的兩個’ss’表示stream id的長度，取值為8,16,24,32

Stream ID: 可變的無符號整型，唯一區分這條流
Offset: 可變長度，表示這塊數據在整個stream 中的偏移。
Data Length: 可選的16位無符號整型，表示在這個stream frame中數據的長度。

WINDOW_UPDATE Frame

用于告知對端接收窗口增加了，如果Stream ID 等于0，表示這是Connection的流量控制，否則就是Stream級別的流量控制，表示在指定的流上應該增加其流量控制窗口

Frame Type：8bit,必須設置成0x04 ,表示是WINDOW_UPDATE Frame
Stream ID: 0表示是Connection級別的流量控制，非0則表示對應Stream ID的流級別的流量控制
Byte offset: 64位，表示指定流上數據的絕對偏移量。

FEC（Forward Error Correction） packet

QUIC為了減少數據包丟失時的重傳,傳遞數據包時還會帶上其他數據包的校驗信息，即將N個包的校驗和（異或）建立一個單獨的數據包發送
P=D1 xor D2 xor D3 … xor Dn （D1,D2,D3 … Dn為數據塊，P為校驗，xor為異或運算）

假如D3 數據包丟失，可以通過p和其他參數異或恢復出來。并且還可以用來校驗記錄的數據包的有效性。

其他版本的報文格式

上述的報文格式都基于version 43及以下的版本，后面的版本在報文格式方面有一些改動

Version 44- 48:
為了推進Google QUIC的IETF標準化，在version46之后發生了如下改動
將Header分成兩種不同的類型，在1RTT連接建立和版本協商成功之前的packets 使用Long Header,其余的時候Short-Header

主要是在Long Header中增加了一個Source Connection ID并對格式進行了一些調整
DCIL:Destination Connection ID Length
SCIL:Source Connection ID Length

參考資料;
version 43:
QUIC Wire Layout Specification
version 46:
Use IETF Packet Header Wire Format in Google QUIC
version 49:
https://tools.ietf.org/html/draft-ietf-quic-invariants-07

總結

以上是生活随笔為你收集整理的QUIC报文格式详解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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