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如何在 Nginx 中启用 HTTP 3.0/QUIC

近来，搭建了自己的独立博客站点，为了节省网络资源和提升访问体验，于是尝试开启HTTP/3协议支持，本文就记录一下开启HTTP/3的完整旅程。

一、为什么要开启HTTP/3

HTTP/3是HTTP协议的第三个主要版本，是由IETF（互联网工程任务组）制定的，基于QUIC协议的HTTP协议。QUIC是一个基于UDP的传输协议，由Google设计，旨在减少网络延迟，提高网络速度。

(一) 优势

  1. 减少网络延迟：HTTP/3协议支持0-RTT连接，可以减少握手时间。
  2. 提高网络速度：HTTP/3协议支持多路复用（传输层多路复用），可以减少网络拥塞。
  3. 提升网络安全：HTTP/3协议支持加密，可以提高网络安全。

(二) 适用场景

  1. 高延迟网络：HTTP/3协议适用于高延迟网络，可以减少网络延迟。
  2. 高拥塞网络：HTTP/3协议适用于高拥塞网络，可以提升拥塞网络环境下的用户访问体验。
  3. 高并发场景：HTTP/3协议能够在单个连接内，并行处理多个请求，且无队头阻塞问题。

(三) 浏览器支持

  1. Chrome：Chrome 73+ 开始支持 QUIC，但需要在 chrome://flags 中启用，Chrome 84+ 开始支持 HTTP/3。
  2. Firefox：Firefox 78+ 开始支持 HTTP/3。
  3. Edge：Edge 79+ 开始支持 HTTP/3。
  4. Opera：Opera 64+ 开始支持 HTTP/3。
  5. Safari：目前尚未支持（截止版本：v17.4.1）。

二、如何开启HTTP/3

要开启HTTP/3，我们只需要选择一个支持HTTP/3的服务器，然后在服务器上配置HTTP/3即可。

(一) 可供选择的服务器

  1. Nginx：Nginx 1.16.1+ 开始支持 HTTP/3。
  2. Caddy：Caddy 0.11.0+ 开始支持 HTTP/3。
  3. Apache：Apache 2.4.39+ 开始支持 HTTP/3。

(二) 搭建Nginx服务器环境

由于我使用的是Nginx服务器，所以本文以Nginx服务器为例，记录一下开启HTTP/3的完整旅程。

为了方便服务部署，我们选择基于Docker容器的方式部署Nginx服务器。

1. Docker环境搭建

 # 安装yum-config-manager配置工具
yum -y install yum-utils
# 配置阿里yum源
yum-config-manager --add-repo http://mirrors.aliyun.com/docker-ce/linux/centos/docker-ce.repo
# 安装Docker
yum install -y docker-ce
# 启动Docker
systemctl start docker
# 设置Docker开机自启
systemctl enable docker

2. 安装docker-compose

# 下载docker-compose并放到/usr/local/bin目录下
curl -SL https://github.com/docker/compose/releases/download/1.28.6/docker-compose-linux-x86_64 -o /usr/local/bin/docker-compose
# 添加执行权限
chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
# 查看docker-compose版本
docker-compose --version

3. 创建Nginx容器

  • 创建docker-compose.yml文件
    version: '2'
services:
  nginx:
    restart: always
    image: nginx:1.25.1
    user: root
    container_name: nginx
    networks:
      - default
    ports:
      - "80:80"
      - "443:443"
      - "443:443/udp"
    volumes:
      - ./config:/etc/nginx
      - ./html:/www
  • 启动Nginx容器
    # 通过docker-compose创建Nginx容器
docker-compose up -d
  • 首次启动后，目录结构
    ├── config
│   ├── conf.d
│   ├── fastcgi.conf
│   ├── fastcgi.conf.default
│   ├── fastcgi_params
│   ├── fastcgi_params.default
│   ├── html
│   ├── koi-utf
│   ├── koi-win
│   ├── logs
│   ├── mime.types
│   ├── mime.types.default
│   ├── nginx.conf
│   ├── nginx.conf.bak
│   ├── nginx.conf.default
│   ├── scgi_params
│   ├── scgi_params.default
│   ├── uwsgi_params
│   ├── uwsgi_params.default
│   └── win-utf
├── docker-compose.yml
└── html

(三) 配置HTTP/3服务

配置HTTP/3完整服务，我们还需要一个TLS证书。我选择使用免费的Let's Encrypt签发的免费证书，但是Let's Encrypt签发的免费证书的有效期只有90天，不过我们可以使用acme.sh脚本来全自动更新证书。

证书生成的过程这里就不再赘述了。

1. nginx配置(config/confirm.d/default.conf)

下面配置中，用于开启http3的关键代码是第13、23和26行。

log_format  www_main  '$remote_addr - $remote_user [$time_local] "$request" '
                      '$status $body_bytes_sent "$http_referer" '
                      '"$http_user_agent" "$http_x_forwarded_for"';
log_format quic '$remote_addr - $remote_user [$time_local] '
                    '"$request" $status $body_bytes_sent '
                    '"$http_referer" "$http_user_agent" "$http3"';

access_log logs/access.log quic;


server {
  # quic and http/3
  listen 443 quic;

  # http/2 and http/1.1
  listen 443 ssl;
  server_name yunsin.top www.yunsin.top;

  # Add Alt-Svc header to negotiate HTTP/3.
  add_header Alt-Svc 'h3=":443"';

  server_tokens off;
  http3 on;
  http2 on;
  http3_hq on;
  quic_gso on;
  quic_retry on;

  # 证书
  ssl_certificate conf.d/keys/yunsin.top/fullchain.cer;
  ssl_certificate_key conf.d/keys/yunsin.top/private.key;
  ssl_trusted_certificate conf.d/keys/yunsin.top/fullchain.cer;

  # 配置赫尔曼密钥
  # openssl dhparam -out /etc/ssl/dhparam.pem 2048 //openssl 生成 2048 位的密钥
  ssl_dhparam conf.d/keys/dhparam.pem;

  # 禁止已经不安全的加密算法
  ssl_ciphers ECDHE-RSA-AES128-GCM-SHA256:ECDHE:ECDH:AES:HIGH:!NULL:!aNULL:!MD5:!ADH:!RC4:!DH:!DHE;

  # 缓解 BEAST 攻击
  ssl_prefer_server_ciphers on;

  # 禁止不安全的 SSL 协议，使用安全协议
  ssl_protocols TLSv1.1 TLSv1.2 TLSv1.3;

  # 缓存连接凭据
  ssl_session_cache shared:SSL:20m;
  ssl_session_timeout 60m;

  # 启用 HSTS，要求浏览器总是通过 https 访问
  add_header Strict-Transport-Security 'max-age=31536000; includeSubDomains; preload';

  # 禁止被外部网站 iframe
  add_header X-Frame-Options SAMEORIGIN;

  # 严格的 MIME 类型响应，禁止 MIME-sniffing 猜测资源类型
  add_header X-Content-Type-Options nosniff;

  # Public Key Pinning 对抗中间人攻击
  # 生成方法参考：https://lzw.me/a/public-key-pins-hpkp.html
  add_header Public-Key-Pins 'pin-sha256="xxxxxxx"; max-age=2592000; includeSubDomains';


  access_log  logs/www.access.log  quic;
  error_log  logs/www.error.log;

  location / {
    alias /www/yunsin.top/;
    index index.html index.htm;
  }
}

# 80 端口跳转到 https
server {
    listen 80;
    server_name yunsin.top www.yunsin.top;
    add_header Strict-Transport-Security 'max-age=31536000; includeSubDomains; preload';
    return 307 https://yunsin.top$request_uri;
}

2. 重启nginx服务

# 进入docker-compose.yml所在目录
cd /path/to/nginx
# 重启nginx服务
docker-compose restart

(三) 检验HTTP/3是否已成功开启

要验证网站的HTTP3是否已经成功开启，只需要挑选一个支持HTTP/3的浏览器访问你的网站，然后打开控制台查看网络面板中的Protocol列显示h3即表示浏览器与服务器之间通信已经使用了HTTP/3协议进行通信。

如何在 Nginx 中启用 HTTP 3.0/QUIC

三、常见问题

配置没问题，服务也正常启动了，在检验的时候发现只用到了HTTP/2，没有使用HTTP/3协议!!!
原因1： 使用了代理，但是代理未支持HTTP/3
原因2： 服务端存在防火墙，防火墙只放行了TCP:443，未放行UDP:443端口

如果本地存在代理，无法验证，可以通过这个在线工具来验证网站是否已启用了HTTP/3。

总结

HTTP协议在近十年发生了很大变化，整体方向都是为了降低延迟、提升响应速度和网络利用率，下面我们从网络链接的角度来看看HTTP协议的改进：

  1. 在HTTP/1.1中引入了keep-alive使得TCP链接可以被多个请求复用，解决了每个http请求都需要建立TCP链接的三次握手和断开链接的四次挥手的开销。
  2. HTTP/2在链接优化方面主要引入了http多路复用，解决了HTTP/1.1同一个TCP链接上的HTTP请求都需要串行（HTTP队头阻塞）的问题。
  3. HTTP/3在链接优化方面，引入了基于UDP的QUIC协议，解决了TCP队头阻塞的问题。

现在是时候为您的网站开启HTTP/3支持了 ^_^

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