QUIC 的多路径扩展

1.1. 约定和定义

关键词“必须”、“不得”、“必需”、“应”、“不应”、“应该”、“不应”、 本文档中的“推荐”、“不推荐”、“可能”和“可选”均应解释为 如 BCP 14 中所述[RFC2119] [RFC8174]当且仅当它们出现在所有 大写字母，如下所示。

我们假设读者熟悉[QUIC-传输]. 此外，我们还定义了以下术语：

• 路径标识符（路径 ID）：用于标识 QUIC 连接中的路径的标识符 在端点上。路径标识符用于多路径控制帧（等PATH_ABANDON帧） 确定路径。默认情况下，它被定义为目标连接 ID 的序列号 用于在该特定路径上发送数据包，但可以使用替代定义 如果该连接 ID 的长度为零。
• 数据包编号空间标识符（PN Space ID）：用于区分数据包的标识符 不同路径的数字空格。它用于 1-RTT 数据包和 ACK_MP 帧。每个节点 维护它提供给对等方的每个 CID 的“已接收数据包”列表， 用于确认使用该 CID 接收的数据包。

路径标识符和数据包号空间标识符之间的区别在于，路径标识符 在多路径控制帧中用于标识路径，并使用数据包编号空间标识符 在 1-RTT 数据包和 ACK_MP 帧中，以区分不同路径的数据包编号空间。 两个标识符具有相同的值，即连接 ID 的序列号，如果 使用非零连接 ID。如果连接 ID 长度为零，则数据包编号空间 标识符为 0，而路径标识符在路径建立时选择。

3.1. 路径启动

协商多路径选项时，想要使用其他选项的客户端 path 必须首先使用 PATH_CHALLENGE 和 PATH_RESPONSE 启动地址验证过程 第 8 节中描述的框架[QUIC-传输].后 在新路径上接收来自客户端的数据包时，服务器可以 反过来，尝试使用相同的机制验证这些路径。

如果验证成功，客户端可以在新路径上发送非探测的 1-RTT 数据包。在 与第 9 节中的规范形成鲜明对比[QUIC-传输]这 服务器不得假设在新的 path 指示尝试迁移到该路径。取而代之的是服务器 应将已接收非探测数据包的新路径视为 可用于传输。

3.2. 路径关闭

每个终结点管理可用于传输的路径集。 在连接中的任何时间，每个端点都可以决定放弃以下路径之一， 例如，以下：本地连接的变化或 本地首选项。终结点放弃路径后，对等方将 该路径上不再接收任何非探测数据包。

想要关闭路径的端点不应依赖于隐式信号，如空闲时间或数据包丢失， 但应该使用显式请求通过发送PATH_ABANDON帧来终止路径（参见第 10.1 节）。

3.3. 路径状态

图 1 显示了端点路径可能具有的状态。

       o| PATH_CHALLENGE sent/received on new pathv+------------+    Path validation abandoned| Validating |----------------------------------++------------+                                  ||                                         || PATH_RESPONSE received                  ||                                         |v        Associated CID have been retired |+------------+        Path's idle timeout       ||   Active   |----------------------------------++------------+                                  ||                                         || PATH_ABANDONED sent/received            |v                                         |+------------+                                  ||   Closing  |                                  |+------------+                                  ||                                         || Associated CID have been retired        || Path's idle timeout                     |v                                         |+------------+                                  ||   Closed   |<---------------------------------++------------+

在非最终状态下，主机必须跟踪以下信息。

• 关联的 4 元组：元组（源 IP、源端口、目标 IP、目标端口） endhost 用于通过路径发送数据包。
• 关联的目标连接 ID：用于通过路径发送数据包的连接 ID。

如果在连接上使用多个数据包编号空间，则主机还必须跟踪以下信息。

• 路径数据包编号空间：终端维护一个单独的数据包编号，用于通过此路径发送和接收数据包。 中所述的数据包号注意事项[QUIC-传输]在给定路径内应用。

在“活动”状态下，主机还必须跟踪以下信息。

• 关联的源连接 ID：用于通过路径接收数据包的连接 ID。

处于“正在验证”状态的路径执行路径验证，如[QUIC-传输]. 终端主机不应在处于“正在验证”状态的路径上发送非探测帧，因为它无法保证数据包 实际上会到达对等方。

终端主机可以使用处于“活动”状态的所有路径，前提是拥塞控制和流量控制当前允许在路径上发送新数据。

在“关闭”状态下，终端主机不应再在此路径上发送数据包，因为无法保证 对等方仍然可以将数据包映射到连接。终端主机应等待确认PATH_ABANDONED 在将路径移动到“已关闭”状态之前进行帧，以确保路径的正常终止。

当路径达到“已关闭”状态时，endhost 将释放该路径的所有关联资源。 因此，终端主机无法再在此路径上发送或接收数据包。

7.1. 使用一个数据包号空间

如果协商多路径选项以对所有路径使用一个数据包编号空间，则数据包序列号将从 公用号码空间，例如，可以在一条路径上发送数据包号 N，在另一条路径上发送数据包号 N+1。

ACK 帧报告到目前为止已接收的数据包数，而不考虑接收数据包的路径。 这意味着发送方需要在发送的数据包号和 发送这些数据包的路径。这对于实现每条路径的拥塞控制是必需的。

确认数据包时，必须更新路径的拥塞控制状态 最初发送确认数据包的位置。 RTT 是根据该数据包传输和 它的第一个确认（参见第 5 节），用于更新发送路径的 RTT 统计信息。

此外，损失检测必须进行调整，以允许不同的 RTT 不同的路径。例如，计时器计算应考虑 account 发送数据包的路径的 RTT。检测 基于数据包编号，应将给定的数据包编号与 该路径接收的最高数据包编号。

7.2. 使用多个数据包编号空间

如果启用了值为 2 的多路径选项，则每个路径都有自己的数据包编号空间，用于传输 1-RTT 数据包，并使用第 10.2 节中指定的新 ACK 帧格式。 与 QUIC v1 ACK 帧相比，MP_ACK 帧还包含数据包编号空间标识符 （PN Space ID）。 PN 空间 ID 用于区分不同路径的数据包编号空间，仅派生自目标连接 ID 的序列号。 因此，可以根据每个数据包中的目标连接 ID 来识别 1-RTT 数据包的数据包编号空间。

一旦完成值为 2 的多路径支持协商， 端点应使用 ACK_MP 帧而不是 ACK 帧来确认路径 0 上的 1-RTT 数据包， 以及握手结束后确认的 0-RTT 数据包。

以后[QUIC-传输]，每个端点都使用 NEW_CONNECTION_ID 帧来颁发可用的连接 ID 到达它。在终结点通过启动路径验证添加新路径之前，它必须检查是否至少有一个未使用的路径 连接 ID 可用于每一端。

如果传输参数 “active_connection_id_limit” 协商为 N， 服务器提供了 N 个连接 ID，并且客户端已经在主动使用 N 个路径， 达到限制。如果客户端想要启动新路径，则必须停用 既定路径之一。

ACK_MP帧第 10.2 节可以通过不同的路径或识别的相同路径返回 通过路径标识符，基于发送ACK_MP帧的不同策略。

使用多个数据包编号空间需要更改 AEAD 应用于数据包的方式 保护，如第 7.2.1 节所述，以及更严格的密钥约束 更新，如第 7.2.2 节所述。

8.1. 路径建立

图 2 说明了使用多个数据包编号空间建立新路径的示例。

   Client                                                  Server(Exchanges start on default path)1-RTT[]: NEW_CONNECTION_ID[C1, Seq=1] --><-- 1-RTT[]: NEW_CONNECTION_ID[S1, Seq=1]<-- 1-RTT[]: NEW_CONNECTION_ID[S2, Seq=2]...(starts new path)1-RTT[0]: DCID=S2, PATH_CHALLENGE[X] -->Checks AEAD using nonce(CID sequence 2, PN 0)<-- 1-RTT[0]: DCID=C1, PATH_RESPONSE[X], PATH_CHALLENGE[Y],ACK_MP[Seq=2,PN=0]Checks AEAD using nonce(CID sequence 1, PN 0)1-RTT[1]: DCID=S2, PATH_RESPONSE[Y],ACK_MP[Seq=1, PN=0], ... -->

在图 2 中，端点首先交换新的可用连接 ID 使用NEW_CONNECTION_ID框架。在此示例中，客户端提供一个连接 ID（序列号为 1 的 C1）， 服务器提供两个连接 ID（S1 的序列号为 1，S2 的序列号为 2）。

在客户端通过在该路径上发送具有PATH_CHALLENGE帧的数据包来打开新路径之前， 它必须检查。每端是否有未使用的连接 ID。 在此示例中，客户端选择连接 ID S2 作为新路径中的目标连接 ID。

如果客户端已使用所有分配的 CID，则应该停用那些 不再使用，并且服务器应该提供替换，如[QUIC-传输]. 通常，需要再提供一个当前正在使用的连接 ID，以允许新路径 或迁移。

8.2. 路径关闭

在此示例中，客户端检测到网络环境变化（客户端的 4G/Wi-Fi 已关闭， Wi-Fi 信号衰减到阈值，或者 RTT 质量或丢失率 变得更糟）并希望关闭初始路径。

在图 3 中，服务器的 1-RTT 数据包使用序列号为 1 的 DCID C1 作为第一条路径;客户端的 1-RTT 数据包使用 DCID S2，其序列号为 2。对于第二条路径， 服务器的 1-RTT 数据包使用 DCID C2，其序列号为 2;这 客户端的 1-RTT 数据包使用 CID S3，其序列号为 3。请注意， 两条路径使用不同的数据包编号空间。

客户端通过发送 ID 为 1 的路径启动路径闭包 具有PATH_ABANDON帧的数据包。当服务器收到PATH_ABANDON 帧，它还会在下一个数据包中发送PATH_ABANDON帧。之后 可以使用RETIRE_CONNECTION_ID停用两个方向的连接 ID 框架。

Client                                                      Server(client tells server to abandon a path)
1-RTT[X]: DCID=S2 PATH_ABANDON[path_id=1]->(server tells client to abandon a path)<-1-RTT[Y]: DCID=C1 PATH_ABANDON[path_id=2], ACK_MP[Seq=2, PN=X]
(client abandons the path that it is using)
1-RTT[U]: DCID=S3 RETIRE_CONNECTION_ID[2], ACK_MP[Seq=1, PN=Y] ->(server abandons the path that it is using)<- 1-RTT[V]: DCID=C2 RETIRE_CONNECTION_ID[1], ACK_MP[Seq=3, PN=U]

10.1. PATH_ABANDON框架

PATH_ABANDON 帧通知对等方放弃 路径。更复杂的路径管理可以 通过额外的扩展（例如，PATH_STATUS帧[I-D.liu-多路径-quic]).

PATH_ABANDON帧的格式如图 4 所示。

  PATH_ABANDON Frame {Type (i) = TBD-03 (experiments use 0xbaba05),Path Identifier (..),Error Code (i),Reason Phrase Length (i),Reason Phrase (..),}

PATH_ABANDON帧包含以下字段：

Path Identifier：路径的标识符，其格式如图 5 所示。

• 标识符类型：将“标识符类型”字段设置为指示路径标识符的类型。

  • 类型 0：在以下情况下，请参阅控制帧的发送方使用的连接标识符 通过指定路径发送数据。如果此连接，则应使用此方法 标识符的长度为非零。如果此连接标识符，则不得使用此方法 长度为零。
  • 类型 1：参考控制帧的接收器在以下情况下使用的连接标识符 通过指定路径发送数据。如果此连接，则不得使用此方法 标识符长度为零。
  • 类型 2：引用发送或接收控制帧的路径。
• 路径标识符内容：指定路径标识符的可变长度整数。如果标识符类型为 2， 路径标识符内容必须为空。

  Path Identifier {Identifier Type (i) = 0x00..0x02,[Path Identifier Content (i)],}

注意：如果PATH_ABANDON帧的接收方在该路径上使用非零长度的连接ID， 端点应将类型 0x00 用于控制帧中的路径标识符。如果接收机的PATH_ABANDON帧 使用长度为零的连接 ID，但对等方在该路径（端点）上使用非长度为零的连接 ID 应将 type 0x01 用作路径标识符。如果两个终结点都在该路径上使用 0 长度连接 ID， 端点应仅使用 0x02 类型作为路径标识符。

错误代码：

一个可变长度整数，指示放弃此路径的原因。

原因短语长度：

一个可变长度整数，指定原因短语的长度（以字节为单位）。 由于 PATH_ABANDON 帧不能在数据包之间拆分，因此任何限制 on 数据包大小也会因原因短语而限制可用空间。

原因短语：

闭合的其他诊断信息。如果出现以下情况，则长度可以为零 发件人选择不提供超出“错误代码”值的详细信息。 这应该是 UTF-8 编码的字符串[RFC3629]，虽然框架 不携带有助于理解的信息，例如语言标签 由创建文本的实体以外的任何实体提供。

应确认PATH_ABANDON帧。如果数据包包含 PATH_ABANDON 帧被认为是丢失的，对等体应该重复它。

如果标识符类型为 0x00 或 0x01，则可以在任何路径上发送PATH_ABANDON帧， 而不仅仅是由“路径标识符内容”字段标识的路径。如果 标识符类型 如果0x02，则PATH_ABANDON帧只能在路径上发送 这是打算放弃的。

10.2. ACK_MP框架

ACK_MP框架（TBD-00 和 TBD-01 型;实验使用 0xbaba00..0xbaba01） 是 ACK 框架的扩展，由[QUIC-传输].它用于 使用多个时确认在不同路径上发送的数据包 数据包编号空间。如果帧类型为 TBD-01，则ACK_MP帧还包含 在连接上接收的具有关联 ECN 标记的 QUIC 数据包的总和 到这一点。

ACK_MP帧的格式如图 6 所示。

  ACK_MP Frame {Type (i) = TBD-00..TBD-01 (experiments use 0xbaba00..0xbaba01),Packet Number Space Identifier (i),Largest Acknowledged (i),ACK Delay (i),ACK Range Count (i),First ACK Range (i),ACK Range (..) ...,[ECN Counts (..)],}

与 中指定的 ACK 帧相比[QUIC-传输]，则添加以下字段。

Packet Number Space Identifier：路径包号空间的标识符，即 ACK_MP帧确认的 1-RTT 数据包的目标连接 ID。如果端点收到 长度为零的连接 ID 的 1-RTT 数据包，它应在ACK_MP帧中使用数据包编号空间标识符 0。 如果终端收到具有不存在的数据包编号空间 ID 的ACK_MP帧，则必须处理此帧 作为 MP_PROTOCOL_VIOLATION 类型的连接错误，然后关闭连接。

使用单个数据包编号空间时，终端主机不得发送ACK_MP帧。 如果终端主机在协商单个数据包编号空间时接收到ACK_MP帧，则必须处理 这是 MP_PROTOCOL_VIOLATION 类型的连接错误，并关闭连接。