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摘要（Abstract）

本文定义了一个QUIC传输协议的扩展，以提供在QUIC连接上发送和接收不可靠数据报的支持。

备忘录状态（Status of This Memo）

本文是一个互联网标准跟踪文件。

本文是国际互联网工程任务组（IETF)的输出文档，代表了IETF社区的共识，已经过公众审查，并由互联网工程指导委员会（IESG)批准出版。有关互联网标准的更多资料，请参阅RFC7841第2节。

有关本文的当前状态、勘误表以及如何提供反馈信息，请参考（https://www.rfc-editor.org/info/rfc9221）。

版权声明（Copyright Notice）

版权所有（c) 2022年 IETF Trust和本文作者。保留所有权利。

本文受BCP 78和IETF Trust关于IETF文件的法律规定（https://trustee.ietf.org/license-info）约束，在本文发布之日起生效。请仔细阅读这些文件，其描述了您与本文相关的权利和限制。从本文中提取的代码组件必须包含 Trust Legal Provisions 第 4.e 节所述的修订版 BSD 许可证文本，并且遵循该许可证中的约定不提供任何保证。

1. 介绍（Introduction）

QUIC传输协议[RFC9000]为传输可靠的应用数据流提供了一个安全的、多路复用的连接。QUIC使用携带了多种类型帧的数据包传输数据，每种帧类型都约定了其所包含的数据在丢失后是否重传。需要可靠传输的应用数据流使用 STREAM 帧发送。

有些应用，尤其是需要传输实时数据的应用，更倾向于使用不可靠传输。过去这些应用直接依赖 UDP[RFC0768] 协议，并通过 DTLS[RFC6347] 协议增加安全性。这里扩展QUIC以支持传输不可靠应用数据，其可以与基于流的可靠传输，共享加密和身份验证上下文的额外好处，这为安全传输报文提供了另外一种选择。

本文为QUIC协议定义了两种新的 DATAGRAM 帧类型，用于传输不需要重传的应用数据。

1.1 文档约定（Specification of Requirements）

本文中用到的关键字"MUST", "MUST NOT", "REQUIRED", "SHALL", "SHALL NOT", "SHOULD", "SHOULD NOT", "RECOMMENDED", "NOT RECOMMENDED", "MAY", and "OPTIONAL"当且仅当它们以如上所述全部大写字母出现时，才按照 BCP 14 [RFC2119] [RFC8174] 中的描述进行解释。

2. 动机（Motivation）

使用QUIC传输不可靠数据优于现有解决方案:

  • 需要在两个端点间同时传输可靠流和不可靠数据报的应用，可以通过在QUIC上同时发送可靠数据帧和不可靠数据，共享单个握手和身份验证上下文而获益。与同时打开TLS连接和DTLS连接相比，这可以减少握手所需的延迟。

  • QUIC使用了比DTLS握手更精细的丢包恢复机制，这可以更快地恢复QUIC丢失的数据包。

  • QUIC数据报受QUIC拥塞算法控制，为可靠和不可靠数据传输提供单一的拥塞控制会更加有用且高效。

这些特性对于优化音频/视频流应用、游戏应用和其他实时网络应用非常有用。

QUIC不可靠传输也可以用于在QUIC上实现IP隧道，例如用于虚拟专用网（VPN)。网络层隧道协议通常需要一个可靠的和经过验证的握手，之后是不可靠IP数据包的安全传输。这可能需要控制数据走TLS连接，IP数据包走DTLS隧道。单一的QUIC连接可以同时支持可靠流及不可靠数据报传输两个部分。

3. 传输参数（Transport Parameter）

QUIC 可以用传输参数（name=max_datagram_frame_size，value=0x20）通告对接收 DATAGRAM 帧类型的支持。 max_datagram_frame_size 传输参数是一个整数值（表示为可变长度整数），其表示端点可以接收的 DATAGRAM 帧的最大长度（包括帧类型、长度和有效负载），以字节为单位。

此参数的默认值为 0，表示端点不支持 DATAGRAM 帧。大于 0 的值表示端点支持 DATAGRAM 帧类型并愿意在此连接上接收此类帧。

端点在握手期间（如果使用0-RTT，则是上一次握手期间），在未收到具有非零值的 max_datagram_frame_size 传输参数之前，不得（MUST NOT）发送 DATAGRAM 帧。端点不得（MUST NOT）发送大于对端通告的 max_datagram_frame_size 长度的 DATAGRAM 帧。如果端点未收到对端支持 DATAGRAM 帧的通告，则在收到 DATAGRAM 帧时必须（MUST）以 PROTOCOL_VIOLATION 类型错误终止连接。类似地，接收到大于其对端通告长度的 DATAGRAM 帧的端点也必须（MUST）以 PROTOCOL_VIOLATION 类型错误终止连接。

为方便 DATAGRAM 帧的使用，建议（RECOMMENDED）令 max_datagram_frame_size = 65535 以指示此端点可接受任何适合QUIC数据包大小的 DATAGRAM 帧。

max_datagram_frame_size 传输参数是单向限制，是对是否支持 DATAGRAM 帧的指示。使用 DATAGRAM 帧的应用可以（MAY）选择只在一个方向上协商和使用它们。

当客户端使用 0-RTT 时，可以（MAY）保存服务端的 max_datagram_frame_size 传输参数的值。这使得客户端可以在 0-RTT 数据包中发送 DATAGRAM 帧。当服务端决定接受 0-RTT 数据时，必须（MUST）发送一个 max_datagram_frame_size 传输参数，其值大于或等于在发送 NewSessionTicket 消息的连接中发给客户端的值。客户端在 0-RTT 状态下，在保存握手期间服务端新通告的 max_datagram_frame_size 传输参数时，必须（MUST）验证新值是否大于或等于之前保存的值，如果不是，客户端必须（MUST）终止连接并返回错误码 PROTOCOL_VIOLATION。

使用 DATAGRAM 帧的应用协议必须定义它们对缺少 max_datagram_frame_size 传输参数的处置措施。如果应用集成 DATAGRAM 支持，而对端未通告 max_datagram_frame_size 传输参数，则应用协议可能直接在握手阶段挂掉连接。

4. DATAGRAM 帧类型（Datagram Frame Types）

DATAGRAM 帧用于以不可靠的方式传输应用数据。 DATAGRAM 帧中的 Type 字段采用 0b0011000X 的形式（或值 0x30 和 0x31）。 DATAGRAM 帧中 Type 字段的最低位是 LEN 位（0x01），表示是否存在 Length 字段：如果该位设置为 0，则 Length 字段不存在，Datagram Data 字段扩展到数据包的末尾； 如果该位设置为 1，则存在长度字段。

DATAGRAM 帧结构如下所示：

DATAGRAM Frame {
  Type （i) = 0x30..0x31,
  [Length （i)],
  Datagram Data （..),
}

图1: DATAGRAM 帧格式

DATAGRAM 帧包含如下字段：

Length：长度，一个可变长度整数，指定 Datagram Data 字段的长度（以字节为单位）。 该字段仅在 LEN 位设置为 1 时存在。当 LEN 位设置为 0 时，Datagram Data 字段延伸到 QUIC 数据包的末尾。 请注意，允许使用空（即零长度） Datagram Data。

Datagram Data：数据报负载，要发送的数据报的字节数。

5. 行为与用法（Behavior and Usage）

当应用在QUIC连接上发送数据报时，QUIC将生成一个新的 DATAGRAM 帧并在第一个可用数据包中发送。该帧应该（SHOULD）尽快投递（由拥塞控制等因素决定，如下所述），并且可以（MAY）与其他帧合并。

当 QUIC 端点接收到一个有效的 DATAGRAM 帧时，只要它能够处理该帧并将数据保存到内存中，就应该（SHOULD）立即传递给应用。

与 STREAM 帧一样，DATAGRAM 帧包含应用数据，并且必须（MUST）使用 0-RTT 或 1-RTT 密钥进行保护。

请注意，虽然 max_datagram_frame_size 传输参数限制了 DATAGRAM 帧的最大长度，但还可以通过 max_udp_payload_size 传输参数和端点之间路径的最大传输单元 （MTU) 进一步降低该限制。 DATAGRAM 帧不能被分段，因此，应用协议还需要处理最大数据报长度受其他因素限制的情况。

5.1. 多路复用数据报（Multiplexing Datagrams）

DATAGRAM 帧作为一个整体属于一个 QUIC 连接，并且与 QUIC 层的任何流 ID 无关。然而，预计应用将希望通过使用标识符来区分特定的 DATAGRAM 帧，例如用于数据报的逻辑流以及区分不同类型的数据报。

定义用于多路复用不同类型的数据报或数据报流的标识符，是运行在 QUIC 上的应用协议的职责。应该由应用定义 Datagram Data 字段的语义及其解析方式。

如果应用需要支持多个数据报流的并发，一种推荐的模式是在 Datagram Data 字段的开头使用可变长度整数表示标识符。这种方式比较简单，可用最小的空间对大量流进行编码。

QUIC 实现应该（SHOULD）向应用提供一个 API，为 DATAGRAM 帧和 QUIC 流分配各自不同的优先级。

5.2. 确认处理流程（Acknowledgement Handling）

虽然 DATAGRAM 帧在丢包检测时不会重传，但它们也是 ACK 触发帧（[RFC9002])。接收方应该（SHOULD）支持延迟发送 ACK 帧（在 max_ack_delay 指定的限制内）以对接收到仅包含 DATAGRAM 帧的数据包做出响应，因为即使这些包短期内未被确认，发送方也不会采取任何行动。当情况表明数据包可能丢失时，因为其不知道数据包的有效负载，且由 max_ack_delay 或其他协议组件控制时，接收方仍需继续发送 ACK 帧。

与任何 ACK 触发帧一样，当发送方怀疑仅包含 DATAGRAM 帧的数据包丢失时，它会发送探测包以引发更快的 ACK 确认，如 [RFC9002] 的第 6.2.4 节所述。

如果发送方检测到包含特定 DATAGRAM 帧的数据包可能已经丢失，则QUIC实现可以（MAY）通知应用它认为数据报已丢失了。

类似地，如果包含 DATAGRAM 帧的数据包被确认，则QUIC实现可以（MAY）通知发送方，应用数据报已被成功发送和接收。由于乱序，可能导致某个 DATAGRAM 帧被认为已丢失后又被接收并确认。需要注意的是，对 DATAGRAM 帧的确认仅表明接收方的传输层接收并处理了该帧，并不保证接收方的应用层成功处理了该数据。因此，此通知信号不能替代表示处理成功的应用层指示。

5.3 流控（Flow Control）

DATAGRAM 帧不提供任何明确的流控信号，并且不影响其他流或连接范围的流控限制。

不为 DATAGRAM 帧提供流控，其风险是接收方可能无法提供必要的资源来处理这些帧。 例如，它可能无法将帧内容存储在内存中。 但是，由于 DATAGRAM 帧本质上是不可靠的，如果接收方无法处理它们，DATAGRAM 帧可能（MAY）会被丢弃。

5.4 拥塞控制（Congestion Control）

DATAGRAM 帧由 QUIC 连接的控制器进行拥塞控制。因此在拥塞控制器允许之前，连接可能无法发送应用生成的 DATAGRAM 帧 [RFC9002]。此时发送方必须（MUST）延迟发送DATAGRAM 帧直到控制器允许发送或丢弃（此时它可以通知应用）。 使用包同步（[RFC9002] 的第 7.7 节）的实现也可以延迟 DATAGRAM 帧的发送以保持一致的包同步。

QUIC实现可以选择让应用指定一个发送过期时间，超过该时间，受拥塞控制的 DATAGRAM 帧应该被丢弃不传输。

6. 安全考虑（Security Considerations）

DATAGRAM 帧与在 QUIC 连接中传输的其余数据具有相同的安全属性，因此 [RFC9000] 的安全考虑也适用。 使用 DATAGRAM 帧传输的所有应用数据与 STREAM 帧一样，必须（MUST）由 0-RTT 或 1-RTT 密钥保护。

允许以 0-RTT 发送 DATAGRAM 帧的应用层协议需要一个配置文件，该配置定义了 0-RTT 许可； 参见 [RFC9001] 的第 5.6 节。

DATAGRAM 帧可能会被路径上能够丢弃数据包的恶意方检测到。 由于 DATAGRAM 帧不使用传输级重传，因此使用 DATAGRAM 帧的连接，可能会由于它们对丢包的不同响应而与其他连接区分开来。

7. IANA考虑（IANA Considerations）

7.1. QUIC传输参数（QUIC Transport Parameter）

本文在 https://www.iana.org/assignments/quic 中 "QUIC Transport Parameters"注册表中添加了1个新值：

Value: 0x20

Parameter Name: max_datagram_frame_size

Status: permanent

Specification: RFC 9221

7.2. QUIC帧类型（QUIC Frame Types）

本文在 https://www.iana.org/assignments/quic 中 "QUIC Frame Types"注册表中添加了2个新值：

Value: 0x30-0x31

Frame Name: DATAGRAM

Status: permanent¶

Specification: RFC 9221

8. 参考资料（References）

8.1. 规范引用（Normative References）

[RFC2119] Bradner, S., "Key words for use in RFCs to Indicate Requirement Levels", BCP 14, RFC 2119, DOI 10.17487/RFC2119, March 1997, https://www.rfc-editor.org/info/rfc2119.

[RFC8174] Leiba, B., "Ambiguity of Uppercase vs Lowercase in RFC 2119 Key Words", BCP 14, RFC 8174, DOI 10.17487/RFC8174, May 2017, https://www.rfc-editor.org/info/rfc8174.

[RFC9000] Iyengar, J., Ed. and M. Thomson, Ed., "QUIC: A UDP-Based Multiplexed and Secure Transport", RFC 9000, DOI 10.17487/RFC9000, May 2021, https://www.rfc-editor.org/info/rfc9000.

[RFC9001] Thomson, M., Ed. and S. Turner, Ed., "Using TLS to Secure QUIC", RFC 9001, DOI 10.17487/RFC9001, May 2021, https://www.rfc-editor.org/info/rfc9001.

[RFC9002] Iyengar, J., Ed. and I. Swett, Ed., "QUIC Loss Detection and Congestion Control", RFC 9002, DOI 10.17487/RFC9002, May 2021, https://www.rfc-editor.org/info/rfc9002.

8.2. 资料引用（Informative References）

[RFC0768] Postel, J., "User Datagram Protocol", STD 6, RFC 768, DOI 10.17487/RFC0768, August 1980, https://www.rfc-editor.org/info/rfc768.

[RFC6347] Rescorla, E. and N. Modadugu, "Datagram Transport Layer Security Version 1.2", RFC 6347, DOI 10.17487/RFC6347, January 2012, https://www.rfc-editor.org/info/rfc6347.

致谢（Acknowledgments）

原始提案来自Ian Swett.

本文档得到了 IETF QUIC 工作组的许多贡献者的评论和意见，其中包括 Nick Banks、Lucas Pardue、Rui Paulo、Martin Thomson、Victor Vasiliev 和 Chris Wood 的实质性意见。

本文作者通讯地址

Tommy Pauly Apple Inc. One Apple Park Way Cupertino, CA 95014 United States of America Email: tpauly@apple.com

Eric Kinnear Apple Inc. One Apple Park Way Cupertino, CA 95014 United States of America Email: ekinnear@apple.com

David Schinazi Google LLC 1600 Amphitheatre Parkway Mountain View, CA 94043 United States of America Email: dschinazi.ietf@gmail.com