フロントエンドエンジニアも知っておきたい HTTP/3 で変わること

フロントエンドエンジニアも知っておきたい HTTP/3 で変わることフロントエンドカンファレンス沖縄 2023

名前: 吉田あひる (@strtyuu) 仕事: バックエンドエンジニア所属: スターフェスティバル株式会社自己紹介

HTTP/3

• 2022年6月に RFC 9114 として標準化された HTTP/2 に続くメジャーバージョン • TCP
の代わりに QUIC の上で動作する • Q-Success によると 27%のサイトが HTTP/3 を利用している (2023年10 月時点) ◦ https://w3techs.com/technologies/comparison/ce-http3 HTTP/3 とは？

QUIC とは? • 2021年5月に RFC 9000 などで標準化された • トランスポート層のプロトコルで、通信の信頼性や輻輳制御、暗号化など様々な機能を提供する
• UDP をベースに作られているが、TCPと同じように信頼性がある

HTTP/2 と HTTP/3 の比較機能 HTTP/2 HTTP/3 HTTP Semantics など
HTTP/2 HTTP/3 多重化 HTTP/2 QUIC 暗号化 TLS QUIC(TLS 1.3) 信頼性/輻輳制御/etc TCP QUIC ポート番号 TCP UDP HTTP/2 の時と比べて、QUICだけで多くの仕事を担当するように

• TCP の Head of Line Blocking の解消 • 接続確立までの時間の短縮
• 優先度制御の改善 (正確には HTTP/3 から独立した機能 • 通信経路が切り替わる時に切断されなくなる • パケットロス時の通信が効率化 • トランスポート層の通信も暗号化されるようになる • 通信の暗号化が必須に • etc HTTP/3 で何が変わるのか？

不安定な通信環境下での通信速度が改善

HTTP/1.1 Persistent Connection HTTP/1.1 までの時代は、TCP コネクション上で通信を直列に並べて処理していた。

HTTP/2 Multiplexing 通信の多重化を行えるようにすることで複数の通信をまとめて行うようになり、通信効率を大きく改善

TCP の Head-of-Line-Blocking 問題 1/4 TCP はコネクション内でパケットの順序が割り振られており、送信者が送った順番でパケットを処理する必要がある。

TCP の Head-of-Line-Blocking 問題 2/4 パケットロスなどが発生すると再送されるまでの間後続のパケットを処理できなくなる

TCP の Head-of-Line-Blocking 問題 3/4 HTTP/2 では複数の通信のパケットがごちゃまぜに並んでいるため同じコネクションを使っている通信全てで順序を共有している状態になる

TCP の Head-of-Line-Blocking 問題 4/4 パケットロスが発生すると、再送されるまでのあいだ同じコネクションを使っている他の通信のパケットも待ちの状態になる。

• 不安定な通信環境だと通信速度に悪影響がある ◦ レンダリングブロックの時間の増加など • パケットロスが多い場合、複数のコネクションを使う HTTP/1.x の方がパフォーマンスが高い場合も TCP
の Head-of-Line-Blocking の何が問題なのか？

QUIC による Head-of-Line-Blocking 問題の解消 QUIC ではストリーム(通信)単位で順序の保証をしているため、パケットロスが発生しても他のストリームに影響が出なくなる

HTTP/3 がストリーム単位で信頼性を担保できる理由機能 HTTP/2 HTTP/3 HTTP Semantics など HTTP/2 HTTP/3
多重化 HTTP/2 QUIC 暗号化 TLS QUIC(TLS 1.3) 信頼性/輻輳制御/etc TCP QUIC ポート番号 TCP UDP HTTP/2 と違い、HTTP/3 はストリームの管理と信頼性の担保を QUIC がまとめて担当しているため、ストリーム単位の信頼性の担保が可能になっている

• 不安定な通信環境の通信速度が改善 ◦ 通信面のアクセシビリティが向上すると言えそう ◦ 海外との通信や通信環境の悪い国へサービス提供するときとかにメリットが大きそう HTTP/3 でどう変わるのか？

コネクション確立までの時間の短縮

これまで(TCP + TLS) のコネクション確立 TCP と TLS それぞれでハンドシェイクが必要な状態

HTTP/3 (QUIC) のコネクション確立 TLS が QUIC に内包されているため、コネクション確立と暗号化のためのやりとりが同時に行える
ように

• TTFB(Time To First Byte) が2~3割ほど改善する ◦ https://www.publickey1.jp/blog/21/http3web_tcptlshttp2http3fast ly_1.html ◦
https://tech.loveholidays.com/making-loveholidays-18-faster-with- http-3-1860879528a7 HTTP/3 でどう変わるのか？

HTTP/3 以外の改善

• サーバーがHTMLを生成している間に preload してほしいリソース情報だけ先にレスポンスを返してしまおうというやつ ◦ HTML のレスポンスよりも前にリソースの取得を始めることが可能に • RFC
8297 にて提案中で Experimental のステータス ◦ なので、ブラウザの対応状況はまだ中途半端 ◦ Cloudﬂare など既に対応している CDN もある • レンダリングブロックの大幅な削減が期待できる 103 Early Hints

• レンダリングに影響のないリソースを後回しにして、必要なやつを優先してダウンロードするための仕組み • 2022年6月にRFC 9218 にて標準化 ◦ 元々は HTTP/3
の仕様として議論されていたが、途中で独立し HTTP/2 に対しても使用可能に • HTTP/2 の複雑すぎた優先度制御の代わりとなる ◦ 8段階の優先順位とincrementalフラグがあるだけの単純な仕様 • HTML の Attribute などを考慮しつつブラウザが勝手に順位づけしてくれる模様 ◦ 非アクティブになったタブのリソースは優先度下げるとかもやってくれる • レンダリングブロックの大幅な削減が期待できる優先度制御 - Extensible Prioritization Scheme for HTTP

まとめ

• HTTP/3 は TCP の代わりに QUIC を採用したことで様々な問題が解決された ◦ 不安定な通信環境下の速度が改善
◦ コネクション確立までの時間が短縮し TTFBが改善する ◦ Wi-Fi回線からモバイル回線に切り替わるときなどに通信が継続できるように • より通信速度を速く！というよりは通信環境が悪い人たちの体験向上という側面が大きそう • HTTP/3 から独立した仕様も同時に色々と標準化された • 他にも色々と改善されているので、興味のある人は調べてみてくださいまとめ

• https://ja.wikipedia.org/wiki/HTTP/3 • https://ja.wikipedia.org/wiki/QUIC • https://togetter.com/li/1723153 • https://www.publickey1.jp/blog/21/http3web_tcptlshttp2http3fastly.html • https://vimeo.com/485450984
• https://gihyo.jp/list/group/HTTP-3%E5%85%A5%E9%96%80#rt:/admin/serial/01/http3/0002 • http://blog.kazuhooku.com/2019/07/http-ietf-105.html • https://asnokaze.hatenablog.com/entry/2019/09/16/021413 • https://asnokaze.hatenablog.com/entry/2019/11/07/020354 • https://calendar.perfplanet.com/2022/http-3-prioritization-demystiﬁed/ • http://blog.kazuhooku.com/2018/04/http2.html • https://http3-explained.haxx.se/ja • https://http2-explained.haxx.se/ja • https://rebuild.fm/154/ • https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/HTTP/Connection_management_in_HTTP_1.x • https://eng-blog.iij.ad.jp/archives/tag/about-quic • https://tech.loveholidays.com/making-loveholidays-18-faster-with-http-3-1860879528a7 参考資料

• https://developer.mozilla.org/ja/docs/Web/HTTP/Status/103 • https://www.youtube.com/watch?v=_hfG0HCufbs • https://web.dev/articles/fetch-priority?hl=ja • https://blog.cloudflare.com/better-http-3-prioritization-for-a-faster-web/ • https://blog.cloudflare.com/early-hints/
• https://www.cloudflare.com/ja-jp/learning/ssl/what-happens-in-a-tls-handshake/ 参考資料

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