QUIC的那些事 | 帧类型及格式

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本文详细介绍了QUIC协议中的帧类型及其格式，包括Stream Frame、ACK Frame、STOP_WAITING Frame、WINDOW_UPDATE Frame等，每个帧的结构、用途和字段含义，帮助理解QUIC如何高效地进行数据传输和连接管理。

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QUIC相关文章见《QUIC的那些事 | QUIC概述》《QUIC的那些事 | 包类型及格式》

QUIC的帧包是基于帧的。帧有1个字节的帧类型字段，类型字段后是与类型相关的帧头信息。所有的帧都被包含在单个的QUIC包中，没有帧可以跨越QUIC包的边界。

Frame Type

帧分为普通帧和特殊帧两种类型，普通帧只使用帧类型字节，而特殊帧既使用帧类型字段及帧类型字段中的相关位。

普通帧类型如图 1所示：

特殊帧类型如图2所示：

Stream Frame

Stream帧既用于隐式的创建stream，也在stream上传输数据。其格式如图3所示：

Frame Type字段含义如下：

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

Bit7：最左边一位，必须设置为1，表明是Stream帧

Bit6：如果被置为1，表明发送端在这个stream上已经结束发送数据，希望处于半关闭状态

Bit5：表示Stream头中是否有Data length字段，设置为0表示无DataLength字段

Bit4,3,2：表示Offset字段的长度：0, 16, 24, 32, 40, 48, 56, or 64位。对应关系如下：

Offset长度	Bit4,3,2取值
64	111
56	110
48	101
40	100
32	011
24	010
16	001
0	000

Bit1,0：表示StreamID字段的长度：8,16,24,32位，对应关系如下：

StreamID长度	Bit1,0取值
32	11
24	10
16	01
8	00

StreamID：长度可变的用于标识stream唯一的无符号值。

Offset：长度可变的用于标识本次数据块在整个stream中偏移字节的无符号值。

Data Length：一个可选的16位的无符号数，用于标识本stream帧中的数据长度。当数据包是”Full-sized”时，可以不填。

Stream帧必须要么包含长度不为0的数据或者FIN位被置为1.

ACK Frame

ACK帧用于告知对端哪些包已经被收到，哪些包被接收端依然认为丢失。QUIC的ACK帧的设计和TCP、SCTP的SACK机制不同：QUIC的ACK表示迄今为止观察到的最大Packet Number，随后是丢失数据包列表，或者NACK，范围表示在此Packet Number之下接收到的数据包的间隔。格式如图 4所示：

Type字段含义如下：

Bit7

Bit6

Bit5

Bit4

Bit3

Bit2

Bit1

Bit0

Bit7,6：必须设置为01，标识是ACK报文

Bit5：标识是否含有NACK范围

Bit4：标识ACK帧是否被截断。截断场景：完整的AK报文太长，或者NACK的数量太多超出了可报告的范围（一次最多报告255个）。

Bit3,2：标识Largest Observed字段的长度：1,2,4,6字节，映射关系为：

StreamID长度	Bit3,2取值
6	11
4	10
2	01
1	00

Bit1,0：标识Missing Packet Sequence Number Delta的长度：1,2,4,6字节，映射关系为：

StreamID长度	Bit1,0取值
6	11
4	10
2	01
1	00

Received Entropy：一个8位无符号值，标识到观察到的最大Packet Number为止的所有接收到的数据包中熵的累积散列值

Largest Observed：长度可变的无符号数，标识已观察到的最大Packet Number

Ack Delay Time：一个16位无符号浮点，有11位标识显式mantissa和5个显式指数位。取值等于发生报文时间到受到请求时间的插值。

Timestamp Section：时间戳相关信息

Missing Packet Section：丢包的相关信息

Revived Packet Section：已接收包的相关信息

STOP_WAITING Frame

STOP_WAITING Frame用于告知对方停止等待packet number小于特定值的相关包，格式如图 5所示

Type：必须设置为0x06，标识是STOP_WAITING Frame。

Least Unacked Delt：长度和包头的packetNumber长度相同。从报头的包号中减去它，以确定未应答的最小值。计算获得的最小未确认数是发送方仍在等待ACK的所有数据包中的最小packet number。如果接收端丢失了任何小于此值的数据包，则接收端应将这些数据包视为无法恢复的丢失。.