gRPC 隧道性能优化方案

gRPC 透明代理隧道中的 TCP-over-TCP 性能问题及高性能传输策略分析

I. 执行摘要

在开发旨在承载 TCP 流量的 gRPC 透明代理隧道时，确实存在遭遇 TCP-over-TCP 性能问题的显著风险。标准的 gRPC（基于 TCP/HTTP/2）在直接用于隧道化 TCP 数据报时，会引发底层 TCP 协议栈之间的冲突，导致所谓的“TCP 熔断”现象，严重影响性能。
本报告深入分析了此问题，并评估了多种潜在解决方案。首先，gRPC 固有的重传机制（依赖于其底层的 TCP 连接）不足以解决 TCP-over-TCP 带来的复杂交互和性能瓶颈。其次，构建一个自定义的 TCP-over-UDP 层，然后在该层之上封装 gRPC，理论上可以规避 TCP-over-TCP 问题，但这需要巨大的开发复杂度和维护成本。
最具前景的现代解决方案是利用 gRPC over QUIC (HTTP/3)。QUIC 作为一种基于 UDP 的传输协议，其设计目标包括减少延迟、改进拥塞控制以及避免队头阻塞，从而天然地避免了 TCP-over-TCP 的弊端。对于追求“极高性能传输”的目标，gRPC over QUIC 提供了架构上的优势。
因此，主要建议倾向于采用 gRPC over QUIC 作为实现高性能透明代理隧道的首选方案。如果 QUIC 的成熟度或特定环境的约束成为障碍，那么实现 TCP-over-UDP 可作为备选方案，但需谨慎评估其复杂性和风险。

II. 挑战：gRPC 透明代理隧道中的 TCP-over-TCP 性能问题

A. 定义 gRPC 透明代理隧道及 TCP 封装

透明代理隧道旨在拦截和转发网络流量，而无需客户端进行显式配置 1。当讨论基于 gRPC 的透明代理隧道用于承载任意 TCP 数据报时，一个具体的例子是 OpenConfig
grpctunnel 模型 3。该模型明确定义了一个
TunnelRPC，用于交换 TCP 数据报 3，这意味着 gRPC 隧道本身充当了 TCP 段的载体。GitHub 上的
openconfig/grpctunnel项目也明确指出其为“一个 TCP-over-gRPC 隧道” 4。
区分代理 gRPC 请求本身（例如，在某些场景中，gRPC 消息被转码以便通过不支持 HTTP/2 的 HTTP/1.1 代理传输 5）与通过 gRPC 流隧道化原始 TCP
连接至关重要。用户的查询明确指向后者，即一个完整的 TCP 会话被封装在 gRPC 隧道内，而该 gRPC 隧道默认运行在 TCP 之上。这种将 TCP 数据报直接在 gRPC 流（默认基于 TCP）内隧道化的设计选择，是导致潜在 TCP-over-TCP 问题的直接原因。

B. TCP-over-TCP 问题（“TCP 熔断”）的详细解释

当 TCP 流量通过另一个 TCP 连接进行隧道传输时，即发生 TCP-over-TCP，会导致严重的性能下降。此现象通常被称为“TCP 熔断” 6。其核心问题在于两个 TCP 层的机制相互干扰：

1. 冲突的重传计时器：内部（被隧道化的）TCP 和外部（隧道本身）TCP 都拥有各自的重传机制。当一个数据包丢失时，两个层级都可能触发重传，导致冗余数据在网络中传输，极大地浪费了带宽，并可能进一步加剧拥塞 6。
2. 竞争的拥塞控制算法：每一层 TCP 都会独立地尝试进行拥塞控制，调整其发送窗口。这会导致两者的拥塞控制算法相互作用，通常结果是整体连接表现得比单一 TCP 连接更为保守，窗口调整 suboptimal，难以充分利用可用带宽 7。外部 TCP 可能会将内部 TCP 的重传（即使是由于内部网络段的丢包）误解为隧道路径上的拥塞信号，从而不必要地限制整个隧道的速率。
3. 队头阻塞（Head-of-Line Blocking）放大：外部 TCP 连接的丢包会阻塞其承载的所有数据，包括来自内部 TCP 连接的多个数据段。即使内部 TCP 的某些段已成功发送，它们也可能因为外部 TCP 等待重传丢失的段而被延迟交付。
4. 显著增加的延迟和降低的吞吐量：这些因素共同作用，导致端到端延迟显著增加，有效吞吐量急剧下降 6。在一个较慢的外部连接上，内部 TCP 的重传队列可能会迅速累积，进一步恶化性能 8。

TCP 熔断并非仅仅是轻微的性能下降，它可能导致重传的“厄运循环”和连接不稳定，在网络条件不理想时，甚至可能使隧道几乎无法使用 7。例如，一次数据包丢失可能导致内部和外部 TCP 各重传一次。如果这些重传再次丢失，可能会触发更多的重传，导致单个原始数据包的丢失引发多次冗余传输，迅速耗尽网络资源，最终可能导致外部 TCP 连接放弃并终止 7。这种问题的根源在于两层 TCP 在没有相互感知的情况下运行，各自将对方的行为视为网络特性的一部分。

C. gRPC 隧道（默认基于 TCP）如何导致 TCP-over-TCP 场景

gRPC 默认使用 HTTP/2 作为其传输协议 5。而 HTTP/2 的标准规范及其绝大多数实现都运行在 TCP 之上 9。因此，当一个 gRPC 隧道被设计用于封装和传输 TCP 数据报时（如 OpenConfig 的
grpctunnel 3），内部的 TCP 会话就会被隧道化到 gRPC 的外部 TCP 会话中。这构成了典型的 TCP-over-TCP 场景。
需要强调的是，gRPC 常被誉为“高性能”5，但这主要指的是其在序列化（Protobufs）方面的效率以及利用 HTTP/2 特性（如多路复用）处理其自身 RPC 调用时的性能。这种高性能并不能自动转化为 gRPC 作为 TCP 连接的
传输隧道时的性能。当 gRPC 用于隧道化原始 TCP 连接时，其默认的 TCP 基础反而会引发 TCP-over-TCP 问题。gRPC 的性能优势（如 Protobuf 效率、HTTP/2 多路复用）主要体现在“外部”层，而“内部”TCP 连接仍然有其自身的成段、确认和窗口机制，这些随后被重新封装。Protobuf 对于小型 RPC 消息的效率在有效载荷是不透明的 TCP 段时，其意义不大。

III. 评估 gRPC 的原生机制

A. gRPC 对 HTTP/2 和 TCP 的依赖

gRPC 建立在 HTTP/2 之上，利用其帧结构和多路复用能力 5。HTTP/2 连接通常通过 TCP 建立，TCP 提供了 HTTP/2 语义所依赖的可靠、有序的流传输。gRPC
Channel 会复用现有的 HTTP/2 连接来多路复用并发的 gRPC 调用 9。
虽然 HTTP/2 的多路复用 9 相对于 HTTP/1.1 在单个 TCP 连接上处理多个并发 gRPC 调用是一个显著的进步，但此特性是在 gRPC 调用层面操作的。它并不能从根本上解决被隧道化的内部 TCP 连接所面临的问题。多路复用允许多个 gRPC
流（代表单个 RPC 或像 TunnelRPC 这样的数据流）共享一个 TCP 连接。如果其中一个 gRPC 流承载的是一个完整的 TCP 会话，那么外部 TCP 连接上的丢包仍然会阻塞所有被复用的 gRPC 流 9 (“连接丢包会导致所有调用在 TCP 层被阻塞”)。TCP-over-TCP 问题影响的是这样一个流的
内容。gRPC 选择 HTTP/2 (over TCP) 作为其主要传输方式，这使其对于典型的 RPC 非常健壮，但也使其在被不当用于原始 TCP 隧道时暴露于 TCP-over-TCP 问题。

B. 理解 gRPC 重传：TCP 层面 vs. 应用层面

需要明确的是，gRPC 本身并没有为流内部的任意数据载荷实现一个独立的应用级重传机制，该机制能够覆盖或智能地协调被隧道化的 TCP 的重传。gRPC 依赖其底层的 TCP 传输来确保构成 gRPC 消息（包括头部和 Protobuf 载荷）的字节能够可靠地传递 12。
gRPC 的 keepalive 机制（基于 HTTP/2 PING 帧 14）主要用于检查连接的活性和防止空闲超时，而不是用于 TCP-over-TCP 场景下的数据重传。用户提出的“gRPC 加强重传机制”的疑问，可能源于一种期望，即 gRPC 或许拥有一个可配置的、应用感知的重传层。然而，对于隧道化的 TCP 数据，gRPC 的“重传”仅仅是外部 TCP 连接的重传。gRPC 定义了服务方法和消息结构 12，它序列化消息并将其传递给 HTTP/2，后者再传递给 TCP。TCP 确保这些 HTTP/2 帧的到达。如果一个 gRPC 消息包含来自内部连接的 TCP 段，并且该段被
内部 TCP 丢失，则内部 TCP 将进行重传。如果一个承载了部分 gRPC 消息（可能包含内部 TCP 段）的 HTTP/2 帧被外部 TCP 丢失，则外部 TCP 将进行重传。gRPC 本身不会为 TunnelRPC 的载荷内容添加第三层重传。

C. gRPC 原生机制在缓解 TCP-over-TCP 方面的局限性

总结而言，gRPC 的标准特性（构建于 TCP/HTTP/2 之上）不足以解决 TCP-over-TCP 问题。无论是 gRPC 的 Protobuf 序列化、HTTP/2 多路复用，还是其 keepalive 机制，都无法解决两个独立的 TCP 协议栈管理同一数据路径时产生的核心冲突。
gRPC 的流量控制 3 在 HTTP/2 流级别操作，管理应用程序在 gRPC 流上可以发送/接收多少数据。虽然这对于管理缓冲资源很重要，但它不能解决 TCP-over-TCP 的重传和拥塞控制冲突。问题不在于 gRPC 为其预期目的（RPC）设计的效率，而在于将其默认传输（TCP）不当应用于隧道化另一个 TCP 连接。gRPC 的机制设计前提是它控制应用数据单元（RPC 消息）。在 TCP 隧道中，数据单元是来自独立协议栈的不透明 TCP 段。gRPC 的机制并非设计用于探查这些不透明载荷的内部并与内部 TCP 的状态机进行协调。
因此，仅仅调整与 keepalive 或超时相关的 gRPC 参数 13 并不能解决根本的 TCP-over-TCP 性能下降问题。“加强 gRPC 重传”并非一条可行的路径，需要为 gRPC 隧道采用不同的底层传输方法。

IV. 方案一：为 gRPC 封装实现 TCP-over-UDP

A. 原理：通过构建于 UDP 之上避免 TCP-over-TCP

基本思想是，通过使用 UDP 作为 gRPC 隧道的传输层，外部层不再具有 TCP 的重传和拥塞控制机制，从而消除了冲突。此时，应用程序（在此场景下，是构建在 UDP 之上的自定义协议层，或提供类似 TCP 语义的 UDP 库）将为隧道数据完全负责可靠性。文献明确建议使用 UDP 作为隧道以避免 TCP 熔断 6。
这种方法将复杂性从两个 TCP 协议栈的对抗转移到了一个 TCP（内部被隧道化的）和一个自定义可靠性层（外部隧道的 UDP 之上）的交互。其成功完全取决于这个自定义层的设计优劣以及它如何与内部 TCP 交互。如果自定义的基于 UDP 的层足够“透明”，并且仅提供一个可靠的字节流，那么内部 TCP 的行为应该类似于在一个正常的、延迟稍高的可靠链路上运行。关键在于，自定义层本身不能也像一个完整的、激进的 TCP 协议栈那样行事，从而重新制造类似的竞争。

B. 自定义可靠 UDP 协议的核心组件

要在 UDP 之上为 gRPC 隧道提供类似 TCP 的可靠性，需要实现以下关键特性：

1. 数据包排序：确保数据按序交付。
2. 确认（ACKs）：确认数据包的接收。
3. 重传计时器和逻辑：重发丢失的数据包。
4. 流量控制：防止接收方不堪重负。
5. 拥塞控制：适应网络条件，避免造成网络崩溃。这通常是实现中最复杂的部分 16。
6. 连接管理（对于隧道而言通常是必需的）：用于建立和拆除连接的握手。

实现所有这些特性，尤其是拥塞控制，是一项非常复杂的任务，相当于“重新实现 TCP”的大部分功能，而 TCP 是经过数十年研究和优化的成果 17。

C. 优缺点：性能潜力与实现复杂性

优点：

• 直接避免 TCP-over-TCP 熔断问题 17。
• 可能对重传和拥塞行为有更精细的控制，可根据隧道特定用例进行调整 17。
• 如果隧道的某些 TCP 特性被认为不必要，理论上可以设计得比完整 TCP 更“轻量级”（但这存在风险）。

缺点：

• 极高的实现复杂度和工作量：如前所述，构建一个健壮的可靠 UDP 协议非常困难 17。
• 低效或不稳定的风险：一个实现不佳的自定义协议可能性能比 TCP 更差，甚至可能破坏网络稳定性，尤其是在拥塞控制方面 17。
• 缺乏标准化和互操作性：这将是一个专有解决方案，难以与其他系统集成 17。
• 安全考虑：诸如 TLS over TCP 提供的安全特性也需要在自定义协议中仔细实现或集成 17。

“潜在的优点”往往是理论上的，在实践中难以实现，而“缺点”，特别是复杂性和实现不佳的风险，则非常现实。设计有效的拥塞控制算法，既能保证高性能，又对其他网络流量公平，是一个研究级别的难题。大多数自定义实现可能比标准 TCP 的算法更简单，鲁棒性也可能较差。因此，只有在现有的、标准化的基于 UDP 的可靠协议（如 QUIC）不适用，并且有非常充分的特定理由和深厚的专业知识储备时，才应考虑这条路径。

D. 在自定义 TCP-over-UDP 层之上集成 gRPC

理论上，gRPC 可以在这样的自定义 UDP 传输层上运行。gRPC 本身在一定程度上被设计为传输无关的 18，并且有提案希望在套接字级别进行传输抽象以支持自定义实现 21。这需要创建一个 gRPC
Channel 和 Server 实现，使用自定义的 UDP 栈来发送和接收 gRPC 的 HTTP/2 帧。这是一项非常重要的集成任务，需要对 gRPC 内部机制有深入的理解。
虽然 gRPC 可以适应不同的传输方式，但现有的大多数“自定义传输”示例主要用于进程间通信（IPC）9 或特定的硬件加速 21，而不是用于全新的广域网协议。gRPC 期望其底层传输提供可靠、有序的流来承载其 HTTP/2 帧。自定义的 TCP-over-UDP 层必须完美地提供这种抽象。该自定义层的任何瑕疵（例如，错误的排序、未处理且未重传的丢包）都会破坏 gRPC 的正常运行，这使得自定义层的正确性变得更加关键。构建 TCP-over-UDP 并在此之上集成 gRPC 的巨大工作量，自然引出了一个问题：是否存在一个预先存在的、标准化的解决方案可能更好？

V. 方案二：利用 gRPC over QUIC (HTTP/3)

A. QUIC 简介：一种现代的基于 UDP 的安全传输协议

QUIC (Quick UDP Internet Connections) 是一种构建在 UDP 之上的传输层网络协议，最初由 Google 设计，并已由 IETF 标准化 (RFC 9000) 22。其关键特性包括：

• 基于 UDP 运行：避免了 TCP 内核实现的限制和协议僵化问题，便于快速迭代和部署新特性 22。
• 快速连接建立：集成了传输层和加密层（TLS 1.3）的握手过程，通常可以实现 0-RTT 或 1-RTT 连接建立，显著减少了连接延迟 22。
• 无队头阻塞的多路复用流：QUIC 在单个连接内支持多个独立的流，一个流上的丢包不会阻塞其他流的传输，这与 TCP 上的 HTTP/2 不同 22。
• 连接迁移：内置连接迁移功能，允许连接在网络地址（IP 地址或端口）发生变化时（例如，设备从 Wi-Fi 切换到蜂窝网络）保持活动状态而无需重新建立 22。
• 用户空间的拥塞控制和恢复机制：QUIC 将拥塞控制算法移至用户空间，使得算法可以更快地迭代和改进 22。
• 强制加密：所有 QUIC 连接都强制使用 TLS 1.3 加密，确保了传输的机密性和完整性 27。

QUIC 本质上可以看作是在 UDP 之上重新设计一个“更好的 TCP”，并且从一开始就考虑了现代网络需求，如普遍加密和更优的多路复用。用户对“TCP-over-UDP”的需求，实际上是对类似 QUIC 这样的协议的需求。QUIC 已经经历了广泛的设计、实现、测试和标准化过程，使其成为比专有 TCP-over-UDP 实现更为健壮和风险更低的选择。QUIC 代表了互联网传输协议的一个重要转变，将智能从内核（TCP）转移到用户空间，并利用 UDP 的灵活性。

B. gRPC over QUIC/HTTP/3 如何解决 TCP 相关问题

HTTP/3 被专门设计为使用 QUIC 作为其底层传输协议 24。当 gRPC 运行在 HTTP/3 之上时：

• 无 TCP-over-TCP 问题：整个协议栈是 gRPC -> HTTP/3 -> QUIC -> UDP。TCP-over-TCP 问题被完全避免。
• 缓解队头阻塞：QUIC 的流多路复用确保了一个流上的丢包不会阻塞其他流，这对于 gRPC TunnelRPC（如果它处理多个逻辑子流，或者其他 gRPC 调用与隧道复用在同一连接上）是一个显著优势 22。
• 更快的连接建立：减少了隧道建立的延迟 26。
• 连接迁移：如果隧道的任一端更改 IP 地址（例如移动客户端），此功能非常有用 22。

gRPC over HTTP/3 不仅仅是避免了 TCP-over-TCP，它还从 QUIC 带来了其他固有的性能和弹性优势。通过以 UDP 为基础，QUIC摆脱了 TCP 的限制，允许进行诸如每流流量控制和丢失恢复等创新，这直接转化为依赖多路复用的 gRPC 等应用的更好性能。

C. gRPC over QUIC 的性能特征和成熟度

性能：
虽然 QUIC 在许多方面（尤其是在高延迟、高丢包网络中）理论上具有优势，但与高度优化的 TCP 协议栈相比，其真实世界的性能仍在不断发展。一些基准测试表明，由于用户空间实现的开销，QUIC 在某些条件下可能比 TCP 慢 31。然而，对于 QUIC 设计旨在解决的场景（如减少延迟、更好地处理丢包），预计其性能将优于 TCP 32。QUIC 的“性能”并非单一概念，它取决于具体的衡量指标（例如，连接建立时间、丢包下的吞吐量、CPU 使用率）和网络条件。对于隧道中的“极高性​​能”，尤其是在可能不可靠的网络上，QUIC 在丢包恢复和避免 HOL 阻塞方面的优势高度相关。31 提到 QUIC“仍然主要在用户空间实现，并且缺乏 TCP 半个世纪以来积累的优化”，这意味着当前 QUIC 可能具有更高的 CPU 成本。但是，对于透明代理隧道，TCP-over-TCP 的成本（多次重传整个 TCP 段）在网络效率和延迟方面可能远远大于成熟 TCP 栈和成熟中 QUIC 栈之间的 CPU 成本差异。关键的益处在于 QUIC 处理流和丢包的架构优势。
成熟度：
QUIC 已被 IETF 标准化为 RFC 9000。gRPC over HTTP/3 也是一个已定义的提案 29，并且在一些 gRPC 库中已有实现（例如 grpc-dotnet 29，ConnectRPC 支持 31，Java 和 C-core 也支持 QUIC 18）。相关工具也在不断改进 31。然而，它比基于 TCP 的 gRPC更新，因此生态系统支持可能不那么普遍，优化工作仍在进行中 31。采用 gRPC over QUIC 意味着选择一项前瞻性技术，该技术正在迅速改进，并且旨在解决用户面临的诸多问题。“成熟度”的担忧更多是关于广泛部署和深度优化，而不是基本的协议稳定性。

D. 对高性能透明代理隧道的适用性

对于用户提出的通过透明代理隧道承载 TCP 流量并实现“极高性能传输”的目标，gRPC over QUIC 在架构上是最合适的选择。它直接避免了 TCP-over-TCP 问题，提供了更优的多路复用能力，并且专为现代网络条件而设计。主要需要考虑的是特定 gRPC 库对 HTTP/3 支持的当前成熟度以及在目标部署环境中的性能特征。
用户的核心需求是高性能 TCP 隧道。分析表明：

1. 默认的 gRPC (TCP-over-TCP) 方案性能不佳。
2. 自定义 TCP-over-UDP 方案实现难度极高。
3. QUIC 本质上是一个标准化的、健壮的、持续改进的“TCP-over-UDP”，并带来了许多额外的好处。
   因此，探索 gRPC over QUIC 是最合理和高效的路径。

VI. 对比分析与战略考量

A. 性能基准和预期（理论与实践）

• gRPC over TCP (导致 TCP-over-TCP)：由于 TCP 熔断，性能预期最低，尤其是在有丢包或高延迟的网络条件下。
• TCP-over-UDP 然后 gRPC：性能完全取决于自定义 TCP-over-UDP 实现的质量。如果由专家完成，可能表现良好，但风险很高。
• gRPC over QUIC/HTTP/3：理论上提供最佳平衡，尤其是在具有挑战性的网络条件下（丢包、高延迟）。实际基准仍在不断涌现，并且可能因具体实现而异 31。

“极高性能”是一个相对概念。在 TCP-over-TCP 场景下，任何能够避免该问题的替代方案都会显得有巨大改进。真正的比较是在精心构建的 TCP-over-UDP 和 QUIC 之间进行。QUIC 的理论优势（如 0-RTT、无 HOL 阻塞、更好的拥塞控制）应该能为隧道带来切实的收益。然而，如果 CPU 是绝对瓶颈且网络完美，高度优化的 TCP 栈在原始吞吐量方面（对于单一流）可能仍略胜于用户空间的 QUIC 实现。但隧道应用通常面临不完美的网络，并且需要良好的多路复用能力。因此，在目标环境中，使用实际工作负载和网络条件进行基准测试至关重要。

B. 开发工作量、复杂性和可维护性

• gRPC over TCP：如果仅简单使用，gRPC 部分的开发工作量最低，但不能解决根本问题。
• TCP-over-UDP 然后 gRPC：开发工作量、复杂性和持续的维护负担迄今为止最高 17。需要深厚的网络专业知识。
• gRPC over QUIC/HTTP/3：开发工作量中等，主要涉及使用支持 HTTP/3 的 gRPC 库。复杂性由库和 QUIC 实现者管理。使用标准化协议有利于可维护性。

在构建自定义解决方案与采用标准解决方案之间，这里的权衡非常明显。自定义 TCP-over-UDP 带来的“完全控制”的诱惑，其代价非常高昂。开发工作不仅仅是初始编码，还包括测试、调试、针对各种网络条件的优化以及跟上不断发展的安全实践。自定义协议（TCP-over-UDP）承担了所有这些负担。而 QUIC 作为一个标准，其背后有社区和行业的努力来支持其维护和发展。对于大多数组织而言，利用像 QUIC 这样标准化且积极维护的协议，是比从头开始构建和维护自定义传输协议更具可持续性的方法。

C. 成熟度、生态系统支持和未来保障

• gRPC over TCP：最成熟，拥有最广泛的生态系统支持。
• TCP-over-UDP 然后 gRPC：成熟度最低（因为是自定义的），除了内部构建的部分外，没有生态系统支持。
• gRPC over QUIC/HTTP/3：正在迅速成熟。标准化已完成。库支持正在增长 18。代表了 Web 传输的未来方向 28。

选择 gRPC over QUIC 是一个与行业趋势一致的前瞻性决策。虽然 TCP 不会消失，但针对高性能和灵活性的新协议开发主要集中在像 QUIC 这样的基于 UDP 的传输上。与这一趋势保持一致，为利用社区创新和支持提供了更好的长期前景。随着更多基础设施（负载均衡器、代理、CDN）获得强大的 HTTP/3 支持，端到端部署 gRPC over QUIC 将变得更加容易和高效。

D. 隧道方案对比表

下表总结了不同隧道方案的技术特性：

此表对于提供核心方案的技术特性并排比较非常有价值。用户作为架构师/工程师，需要理解每种方法在处理传输、可靠性以及诸如 TCP-over-TCP 和 HOL 阻塞等已知问题方面的根本差异。通过列出这些技术特性，该表允许基于协议机制进行客观评估，这在考虑与开发工作相关的优缺点之前至关重要。它直接帮助剖析每种方案的“工作原理”及其固有的技术优势和劣势。

E. 各方案优缺点总结表

下表总结了每种方法的主要优缺点：

此表通过将技术特性转化为实际影响（优缺点）来补充上一个表格。在理解了上一个表格中的机制之后，用户需要根据开发、部署和长期可行性来权衡利弊。此表通过以易于理解的格式总结每种方法的主要论点，直接解决了这个问题。它有助于弥合技术理解与战略决策之间的差距，同时考虑到成本、风险以及与行业趋势的一致性等因素。

VII. 实现极高性能的建议

A. 根据具体需求选择最优路径的指南

1. 首要建议：对于“极高性能传输”并避免 TCP-over-TCP 的目标，强烈推荐采用 gRPC over QUIC (HTTP/3)。它提供了最佳的架构基础，并与现代传输协议的进步方向一致。
2. 次要建议（附带警告）：如果在所选的特定 gRPC 语言/库中，QUIC/HTTP/3 的实现尚未足够成熟，或者存在无法避免的环境限制（例如，遗留的中间设备主动阻止无法更新的 UDP/QUIC 流量），那么自定义 TCP-over-UDP 层是一个理论上的替代方案。然而，只有在充分理解其巨大复杂性和风险，并且理想情况下利用现有的、经过良好测试的可靠 UDP 库（如果存在且满足要求），而不是从头开始构建所有内容时，才应采用此方案。
3. 不推荐：依赖标准的 gRPC over TCP 并试图“加强重传”不是解决 TCP-over-TCP 问题的可行方案。

该建议应具有决定性，但也承认潜在的现实世界约束。分析一致表明 QUIC 是更优的架构选择。主要障碍是实际问题：实现的成熟度和环境。如果这些是决定性因素，用户需要一个替代方案，无论多么困难。TCP-over-UDP 就是那个困难的替代方案。默认的 gRPC 对于这个问题是行不通的。用户必须对其选择的 gRPC 技术栈中 HTTP/3 支持的当前状态进行尽职调查。

B. 所选方案的最佳实践

• 如果选择 gRPC over QUIC/HTTP/3：
  • 选择具有健壮且高性能 HTTP/3 支持的 gRPC 库。
  • 在代表性的网络环境中进行彻底的性能测试。
  • 随时关注库和 QUIC 实现的改进。
  • 确保网络路径和中间设备（防火墙、负载均衡器）配置为允许 QUIC 流量。5 指出了 gRPC/HTTP/2 的代理问题；类似的考虑也适用于 HTTP/3。
• 如果（不情愿地）选择 TCP-over-UDP：
  • 如果存在满足要求的、经过充分验证的第三方可靠 UDP 库，则优先使用，而不是从头编写整个协议栈。
  • 实现健壮的拥塞控制——这对于网络稳定性而言是不可妥协的。
  • 在各种网络条件下进行广泛测试至关重要。
  • 为重大的持续维护和优化工作做好计划。

无论选择哪条路径，实施细节都至关重要。“最佳实践”旨在最大限度地降低风险并提高成功率。对于 QUIC，关键在于利用生态系统。对于 TCP-over-UDP，关键在于减轻自定义构建的固有风险。所选传输方式的运营方面（监控、调试、安全）也需要仔细考虑。

C. gRPC 层面的优化考虑

无论底层传输如何，某些 gRPC 级别的实践都可以帮助优化隧道中常见的大数据传输性能：

• Channel 复用：对于避免连接建立开销至关重要 9。
• 流式 RPC：TunnelRPC 本质上将是一个双向流。有效利用流式传输是关键 9。
• 流量控制：理解并可能调整 gRPC/HTTP/2/3 的流量控制窗口，以匹配隧道的预期吞吐量和延迟 9。这也适用于具有自身流量控制的 QUIC。
• 载荷处理/消息大小：虽然隧道承载不透明的 TCP 数据，但如何将这些数据分块到 gRPC 消息中可能会产生轻微影响。对于 gRPC 本身，避免过大的消息是良好实践 9，但对于 TCP 流，更多的是内部 TCP 的有效分段。gRPC 层应力求成为透明的管道。
• 异步处理：确保服务器端和客户端隧道逻辑完全异步，以处理高并发 9。

优化 gRPC 层是对选择最佳传输方式的补充。糟糕的传输选择无法通过 gRPC 级别的调整完全修复，但如果 gRPC 使用效率低下，良好的传输也可能未得到充分利用。即使使用 QUIC，如果 gRPC 通道不断创建和拆除，或者流量控制窗口对于路径的带宽延迟积 (BDP) 而言太小，性能也会受到影响。这些是位于传输层之上的应用层考虑因素。高效的 gRPC 实践可以减少每条消息的开销，并确保应用程序能够充分利用底层传输（无论是 QUIC 还是自定义 UDP 解决方案）提供的容量。

VIII. 结论

当使用标准的 gRPC (over TCP/HTTP/2) 透明地隧道化 TCP 流量时，TCP-over-TCP 会带来显著的性能挑战。gRPC 的原生重传能力无法解决这个根本问题。
分析表明，gRPC over QUIC (HTTP/3) 作为一种通过固有地避免 TCP-over-TCP 问题，并提供诸如减少队头阻塞和更快连接建立等额外优势的方案，是实现“极高性能传输”的最具架构合理性和面向未来的解决方案。
虽然自定义 TCP-over-UDP 是一个理论上的替代方案，但其复杂性和风险使其与利用标准化且不断发展的 QUIC 协议相比，吸引力较低。
最终决策应平衡性能目标与实现成熟度、开发资源以及特定的运营环境。追求“极致性能”是一个持续的过程，密切关注 QUIC 实现和 gRPC 库支持的最新进展将是关键。