iOS面试:1.计算机网络

一、HTTP

1.1 HTTP介绍

HTTP(Hypertext Transfer Protocol,超文本传输协议)是一种用于传输超文本数据(如 HTML 文档、图片、视频等)的应用层协议,是互联网上应用最为广泛的协议之一。HTTP协议建立在TCP协议之上,通过在客户端和服务器之间传输数据来实现通信。

以下是 HTTP 协议的一些主要特点和功能:

  1. 无连接性:HTTP 是一种无连接的协议,即每个请求和响应之间是相互独立的,服务器在处理完一个请求后会关闭连接。这种无连接性可以减少服务器的负担,但也会增加建立和关闭连接的开销。

  2. 无状态性:HTTP 是一种无状态的协议,即每个请求之间是相互独立的,服务器不会记录客户端的状态信息。为了实现状态管理,HTTP 使用 Cookie 和 Session 等机制来保存客户端的状态信息。

  3. 请求-响应模型:HTTP 使用请求-响应模型进行通信,客户端发送请求给服务器,服务器处理请求并返回响应给客户端。请求由请求行、请求头和请求体组成,响应由状态行、响应头和响应体组成。

  4. 支持多种请求方法:HTTP定义了多种请求方法,常用的包括 GET、POST、PUT、DELETE等,用于实现不同的操作,如获取资源、提交数据、更新资源等。

  5. 支持状态码:HTTP 使用状态码来表示请求的处理结果,常见的状态码包括 200(成功)、404(未找到)、500(服务器内部错误)等,帮助客户端了解服务器处理请求的情况。

  6. 支持缓存:HTTP 支持缓存机制,客户端和服务器可以通过缓存来减少数据传输和提高性能。常见的缓存机制包括浏览器缓存、代理服务器缓存等。

总的来说,HTTP 协议是互联网上应用最为广泛的协议之一,用于在客户端和服务器之间传输超文本数据。HTTP的简单性和灵活性使其成为互联网应用开发中不可或缺的基础协议。随着互联网的发展,HTTP协议也在不断演进,如HTTP/1.1、HTTP/2.0等版本的推出,以提高性能和安全性。

1.2 HTTP 和 HTTPS 的区别

HTTP(HyperText Transfer Protocol)和 HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure)是用于在网络上传输数据的两种协议,它们之间的主要区别在于安全性和加密性:

(1) 安全性:

  • HTTP 是一种明文传输协议,数据在传输过程中是未加密的,容易被窃听和篡改。因此,HTTP 不适合传输敏感信息,如个人信息、银行卡号等。
  • HTTPS 使用了 SSL/TLS 协议对数据进行加密传输,可以保障数据的安全性。通过加密技术,HTTPS 可以有效防止数据被窃听和篡改,提高了数据传输的安全性。

(2) 加密性:

  • HTTP 不提供数据加密功能,数据在传输过程中是明文的,容易被中间人攻击获取敏感信息。
  • HTTPS 使用 SSL/TLS 协议对数据进行加密传输,确保数据在传输过程中是加密的,中间人无法直接获取明文数据。

(3) 端口号:

  • HTTP 默认使用端口号 80 进行通信。
  • HTTPS 默认使用端口号 443 进行通信。

(4) 证书:

  • HTTPS 使用数字证书来验证网站的身份,确保数据传输的安全性。网站需要向证书颁发机构(CA)申请数字证书,证明网站的身份和所有权。
  • HTTP 不需要使用数字证书,无法验证网站的身份,容易受到中间人攻击。

总的来说,HTTPS相比HTTP更安全、更加可靠,适合传输敏感信息。在今天的互联网环境中,大部分网站都已经采用了HTTPS协议来保障用户数据的安全。

1.3 HTTPS传输过程

HTTPS(HyperText Transfer Protocol Secure)是一种安全的通信协议,它在 HTTP 的基础上使用了 SSL/TLS 协议对数据进行加密传输。下面是 HTTPS 传输过程的简要步骤:

  1. 客户端发起 HTTPS 请求:
    客户端(如浏览器)向服务器发起 HTTPS 请求,请求的 URL 以 “https://” 开头,而不是 “http://”。

  2. 服务器返回数字证书:
    服务器接收到客户端的 HTTPS 请求后,会将自己的数字证书发送给客户端。数字证书中包含了服务器的公钥、域名、证书颁发机构等信息。

  3. 客户端验证证书:
    客户端收到服务器的数字证书后,会验证证书的有效性。客户端会检查证书是否由可信的证书颁发机构颁发,是否在有效期内,以及是否与请求的域名匹配等。

  4. 客户端生成随机密钥:
    如果服务器的数字证书验证通过,客户端会生成一个随机的对称密钥(称为会话密钥),用于加密通信数据。

  5. 客户端使用服务器的公钥加密会话密钥:
    客户端使用服务器的公钥对生成的会话密钥进行加密,然后将加密后的会话密钥发送给服务器。

  6. 服务器使用私钥解密会话密钥:
    服务器接收到客户端发送的加密会话密钥后,使用自己的私钥对其进行解密,得到会话密钥。

  7. 客户端和服务器使用会话密钥加密通信:
    客户端和服务器双方都使用会话密钥对通信数据进行加密和解密。这样,客户端和服务器之间的通信数据在传输过程中都是加密的,保障了数据的安全性。

通过以上步骤,HTTPS 实现了数据的加密传输,保障了通信过程中数据的安全性和完整性。这种加密通信机制有效防止了中间人攻击和窃听,为用户提供了更安全的网络通信环境。

1.4 HTTP的发展

HTTP(HyperText Transfer Protocol)是一种用于传输超文本数据的协议,它定义了客户端和服务器之间的通信规则。在 HTTP 的发展过程中,出现了不同版本的协议,其中比较常见的有 HTTP 1.0、HTTP 1.1 和 HTTP/2.0。下面简要介绍它们的特点:

  1. HTTP 1.0:
  • HTTP 1.0 是最早的版本,它是短连接的方式,即每次请求都需要建立一个新的 TCP 连接。
  • 每个 HTTP 请求都需要服务器返回一个响应后才能关闭连接,没有复用连接的机制。
  • 不支持持久连接(Keep-Alive),每次请求都需要重新建立连接,造成了性能上的开销。
  • 不支持请求的优先级和流控制。
  1. HTTP 1.1:
  • HTTP 1.1 是对 HTTP 1.0 的改进版本,引入了持久连接(Keep-Alive)的机制,可以在一个 TCP 连接上发送多个 HTTP 请求和响应。
  • 支持管线化(Pipeline),即在一个 TCP 连接上可以同时发送多个请求,提高了性能。
  • 引入了 Host 头字段,支持虚拟主机的概念。
  • 支持分块传输编码(Chunked Transfer Encoding),可以将响应分成多个块传输。
  1. HTTP/2.0:
  • HTTP/2.0 是对 HTTP 1.1 的重大升级,采用了二进制传输,而不是文本传输。
  • 支持多路复用(Multiplexing),可以在一个 TCP 连接上同时发送多个请求和响应,减少了连接的数量,提高了性能。
  • 支持头部压缩(Header Compression),减少了传输数据的大小。
  • 支持服务器推送(Server Push),服务器可以在客户端请求之前推送资源给客户端,提高了性能。
  • 支持请求的优先级和流控制,可以更好地控制请求的处理顺序和速率。

总的来说,HTTP/2.0 相比 HTTP 1.1 在性能上有明显的提升,支持多路复用、头部压缩、服务器推送等特性,可以更高效地传输数据,降低延迟,提高网站的加载速度和性能。因此,推荐在实际开发中尽可能使用 HTTP/2.0。

二、TCP

2.1 TCP介绍

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议,用于在网络中传输数据。TCP协议是在IP(Internet Protocol,因特网协议)协议之上构建的,提供了可靠的数据传输、流量控制、拥塞控制等功能。

以下是 TCP 协议的一些主要特点和功能:

  1. 面向连接:TCP 是一种面向连接的协议,通信双方在传输数据之前需要先建立连接,传输完成后再释放连接。这种连接是全双工的,即通信双方可以同时进行数据的发送和接收。

  2. 可靠性:TCP 提供可靠的数据传输,通过序号、确认和重传机制来保证数据的可靠性。TCP 在传输数据时会对数据进行分段,并为每个数据段分配一个序号,接收方会发送确认信息来确认已经收到的数据段,并在需要时进行重传。

  3. 流量控制:TCP 使用滑动窗口机制来进行流量控制,确保发送方和接收方之间的数据传输速率适当,避免发送方发送过多数据导致接收方无法处理。

  4. 拥塞控制:TCP 通过拥塞窗口和慢启动等机制来进行拥塞控制,避免网络拥塞导致数据丢失和传输效率下降。

  5. 面向字节流:TCP 是基于字节流的传输协议,数据在发送和接收时是以字节流的形式进行传输的,而不是按照消息的边界进行划分。

  6. 三次握手和四次挥手:TCP 使用三次握手建立连接和四次挥手释放连接的方式来管理连接的建立和释放过程。

总的来说,TCP 协议提供了可靠的数据传输、流量控制、拥塞控制等功能,适用于对数据传输可靠性要求较高的场景,如文件传输、网页浏览等。在网络通信中,TCP 协议被广泛应用,并与 IP 协议一起构成了互联网协议栈的核心。

2.2 TCP三次握手和四次挥手

TCP 的三次握手和四次挥手是 TCP 协议在建立连接和释放连接时所采用的具体流程,确保通信双方能够正确建立连接和安全释放连接,避免数据丢失和连接资源泄露。

三次握手(Three-Way Handshake)

在建立连接时,客户端和服务器之间进行三次握手的过程如下:

  1. 客户端发送 SYN 包:客户端向服务器发送一个 SYN(同步)包,其中包含客户端的初始序列号。
  2. 服务器回应 SYN-ACK 包:服务器收到 SYN 包后,会回复一个 SYN-ACK(同步-确认)包,表示接收到了客户端的请求,并确认客户端的初始序列号,同时服务器也会发送自己的初始序列号。
  3. 客户端回应 ACK 包:客户端收到服务器的 SYN-ACK 包后,会发送一个 ACK(确认)包给服务器,表示客户端也接收到了服务器的确认,双方连接建立完成。

经过三次握手,客户端和服务器之间的连接就建立起来了,可以开始进行数据传输。

四次挥手(Four-Way Handshake)

在释放连接时,客户端和服务器之间进行四次挥手的过程如下:

  1. 客户端发送 FIN 包:客户端认为数据传输完成,向服务器发送一个 FIN(结束)包,表示客户端不再发送数据。
  2. 服务器回应 ACK 包:服务器收到客户端的 FIN 包后,会发送一个 ACK 包给客户端,确认收到了客户端的结束请求,但服务器可能还有数据需要发送。
  3. 服务器发送 FIN 包:服务器数据发送完毕后,会向客户端发送一个 FIN 包,表示服务器也准备关闭连接。
  4. 客户端回应 ACK 包:客户端收到服务器的 FIN 包后,会发送一个 ACK 包给服务器,确认收到了服务器的结束请求,连接关闭。

经过四次挥手,客户端和服务器之间的连接就安全释放了,双方都可以关闭连接并释放相关资源。

总的来说,TCP 的三次握手和四次挥手确保了连接的建立和释放过程的可靠性和安全性,避免了数据丢失和连接资源泄露的问题。这些过程是 TCP 协议中非常重要的部分,对于网络通信的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。

2.3 握手或者挥手次数为什么需要3次和四次,能少一次吗?

TCP 的三次握手和四次挥手的设计是为了确保通信双方能够正确建立连接和安全释放连接,保证数据传输的可靠性和完整性。这样的设计考虑了网络通信中可能出现的各种情况,以确保连接的稳定性和安全性。

为什么需要三次握手?

  • 第一次握手:客户端发送 SYN 包给服务器,请求建立连接。这样做是为了防止已失效的连接请求报文段窗口到达服务器,导致服务器错误地打开连接。
  • 第二次握手:服务器收到 SYN 包后,回复 SYN-ACK 包给客户端,表示同意建立连接,并确认客户端的请求。这样做是为了确保服务器能够接收到客户端的请求,并同意建立连接。
  • 第三次握手:客户端收到 SYN-ACK 包后,回复 ACK 包给服务器,表示客户端也同意建立连接。这样做是为了确保客户端能够接收到服务器的确认,连接建立完成。

如果少于三次握手,可能会导致连接建立不完整或不可靠,无法确保通信双方都同意建立连接,容易引发数据传输的错误和不确定性。

为什么需要四次挥手?

  • 第一次挥手:客户端发送 FIN 包给服务器,请求关闭连接。这样做是为了客户端通知服务器数据传输已完成,请求关闭连接。
  • 第二次挥手:服务器收到 FIN 包后,回复 ACK 包给客户端,确认收到关闭请求。这样做是为了确保服务器能够接收到客户端的关闭请求,并确认收到。
  • 第三次挥手:服务器发送 FIN 包给客户端,通知客户端数据传输已完成,请求关闭连接。这样做是为了确保服务器通知客户端数据传输已完成。
  • 第四次挥手:客户端收到 FIN 包后,回复 ACK 包给服务器,确认收到关闭请求。这样做是为了确保客户端能够接收到服务器的关闭通知,连接安全释放。

如果少于四次挥手,可能会导致连接未完全释放,造成资源泄露和连接状态不一致的问题,影响到后续的通信和资源利用。

总的来说,TCP 的三次握手和四次挥手设计合理,确保了连接的建立和释放过程的可靠性和安全性,保障了网络通信的稳定性和可靠性。虽然看起来握手和挥手次数较多,但这些步骤是为了保证通信的正确性和完整性,是网络通信中必不可少的环节。

2.4 TCP 和 UDP 的区别

TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)是两种常用的传输层协议,它们在网络通信中有一些重要的区别:

TCP(传输控制协议)

  1. 面向连接:TCP 是面向连接的协议,通信双方在通信之前需要先建立连接,然后再进行数据传输。
  2. 可靠性:TCP 提供可靠的数据传输,通过序号、确认和重传机制来确保数据的可靠性和完整性。
  3. 流量控制:TCP 使用滑动窗口和拥塞控制来管理数据传输速率,避免网络拥塞和数据丢失。
  4. 顺序保证:TCP 保证数据按照发送顺序到达接收端,不会出现数据错乱的情况。
  5. 适用性:适用于要求数据传输可靠性和顺序性的应用场景,如文件传输、网页访问等。

UDP(用户数据报协议)

  1. 无连接:UDP 是无连接的协议,通信双方之间不需要建立连接,可以直接进行数据传输。
  2. 不可靠性:UDP 不提供数据传输的可靠性保证,数据传输过程中可能会丢失、重复或错乱。
  3. 无流量控制:UDP 不提供流量控制机制,数据发送端会以最大速率发送数据,可能导致网络拥塞。
  4. 无序性:UDP 不保证数据的顺序到达接收端,数据包可能以任意顺序到达。
  5. 适用性:适用于对数据传输实时性要求较高、可以容忍少量数据丢失的应用场景,如音视频流媒体、在线游戏等。

总的来说,TCP 提供了可靠的、有序的数据传输服务,适用于对数据传输要求高可靠性和顺序性的场景;而 UDP 提供了轻量级、无连接的数据传输服务,适用于对实时性要求高、可以容忍少量数据丢失的场景。在实际应用中,根据不同的需求和场景选择合适的协议进行通信。

三、WebSocket

3.1 WebSocket介绍

WebSocket 是一种在单个 TCP 连接上进行全双工通信的协议,它允许客户端和服务器之间进行实时、双向的数据传输。相比传统的 HTTP 协议,WebSocket 提供了更低的延迟和更高的效率,适用于需要实时交互的应用场景,如在线聊天、实时游戏、股票行情等。

一些关键特点和优势包括:

  1. 全双工通信:WebSocket 允许客户端和服务器之间同时进行双向通信,可以实现实时的数据传输和交互。

  2. 低延迟:由于 WebSocket 在单个 TCP 连接上进行数据传输,避免了 HTTP 中频繁建立和关闭连接的开销,因此具有较低的延迟。

  3. 节省带宽:WebSocket 的数据帧头部相对较小,减少了数据传输时的开销,节省了带宽。

  4. 跨域支持:WebSocket 支持跨域通信,可以在不同域名的客户端和服务器之间建立连接。

  5. 支持自定义协议:WebSocket 不仅可以使用标准的 WebSocket 协议进行通信,还可以支持自定义的子协议,满足不同应用的需求。

  6. 持久连接:WebSocket 的连接是持久的,客户端和服务器之间可以长时间保持连接,实现实时数据的推送和更新。

在使用 WebSocket 时,客户端和服务器需要先通过 HTTP 协议建立连接,然后升级到 WebSocket 协议进行通信。通信过程中,客户端和服务器可以互相发送消息,实现实时的数据交互。WebSocket 的出现大大提高了 Web 应用的实时性和交互性,适用于需要实时通信和数据更新的应用场景。

3.2 Websocket 和 HTTP 的关系

WebSocket 和 HTTP 是两种不同的协议,它们在 Web 通信中扮演不同的角色。以下是它们之间的关系:

  1. HTTP 是应用层协议,WebSocket 是应用层协议的一个子协议

    • HTTP(HyperText Transfer Protocol)是一种用于传输超文本数据(如网页、图片等)的应用层协议,通常用于客户端和服务器之间的请求-响应模式通信。
    • WebSocket 是建立在 HTTP 协议之上的一种全双工通信协议,它允许客户端和服务器之间建立持久的连接,并进行实时的双向数据传输。
  2. WebSocket 需要通过 HTTP 协议进行握手

    • 在建立 WebSocket 连接之前,客户端和服务器需要通过 HTTP 协议进行握手,然后升级到 WebSocket 协议。这个握手过程包括客户端发送一个特殊的 HTTP 请求,服务器返回一个特殊的 HTTP 响应,以完成协议升级。
  3. HTTP 是无状态的,WebSocket 是有状态的

    • HTTP 是无状态的协议,每次请求和响应之间都是相互独立的,服务器不会保留客户端的状态信息。
    • WebSocket 是有状态的协议,一旦建立连接,客户端和服务器之间可以长时间保持连接,并在连接上保持状态信息,实现实时的双向通信。
  4. HTTP 适用于请求-响应模式,WebSocket 适用于实时通信

    • HTTP 通常用于客户端向服务器发送请求,服务器返回响应的请求-响应模式,适用于获取静态资源、提交表单等场景。
    • WebSocket 适用于需要实时双向通信的场景,如在线聊天、实时数据更新等,可以实现更高效的实时通信。

总的来说,HTTP 是一种用于传输超文本数据的请求-响应协议,适用于静态资源的获取和交互式应用;而 WebSocket 是一种全双工的实时通信协议,适用于需要实时双向通信的场景。在 Web 开发中,可以根据具体需求选择使用 HTTP 或 WebSocket 进行通信。

3.3 WebSocket 建立连接的过程

WebSocket 建立连接的过程包括以下几个步骤:

  1. 客户端发起连接请求

    • 客户端通过创建一个 WebSocket 对象,并指定要连接的 WebSocket 服务器的 URL(例如:ws://example.com/socket)来发起连接请求。
  2. 服务器响应连接请求

    • 当客户端发送连接请求后,服务器会返回一个特殊的 HTTP 响应,其中包含了一些头部信息,如状态码 101 Switching Protocols,表示服务器同意升级协议到 WebSocket。
  3. 握手升级协议

    • 在收到服务器返回的 HTTP 响应后,客户端和服务器之间会进行协议升级的握手过程,以完成从 HTTP 到 WebSocket 协议的切换。这个过程包括客户端和服务器之间的一些特殊的数据交换和验证。
  4. 建立连接

    • 客户端和服务器成功完成协议升级握手后,WebSocket 连接就建立起来了。此时,客户端和服务器之间可以进行实时的双向数据传输。
  5. 双向通信

    • 一旦连接建立,客户端和服务器之间可以通过发送消息来进行双向通信。客户端可以向服务器发送消息,服务器也可以向客户端发送消息,实现实时的数据交换和通信。

总的来说,WebSocket 建立连接的过程包括客户端发起连接请求、服务器响应连接请求、握手升级协议、建立连接和双向通信。一旦连接建立,客户端和服务器之间可以保持长时间的连接,实现实时的双向通信。

四、DNS

DNS(Domain Name System,域名系统)是互联网中用于将域名(如 www.example.com)解析为 IP 地址(如 192.0.2.1)的分布式数据库系统。DNS 的作用是将人类可读的域名转换为计算机可识别的 IP 地址,以便在互联网上定位和访问特定的主机或服务。

以下是 DNS 的一些重要特点和工作原理:

  1. 域名解析

    • DNS 的主要功能是进行域名解析,将用户输入的域名转换为对应的 IP 地址。这个过程包括递归查询和迭代查询,最终找到对应的 IP 地址并返回给用户。
  2. 分布式数据库

    • DNS 是一个分布式数据库系统,全球范围内由多个 DNS 服务器组成,每个服务器负责管理一部分域名和对应的 IP 地址。这种分布式设计使得 DNS 更加稳定和高效。
  3. 域名层次结构

    • 域名按照层次结构组织,从右向左依次表示更高级别的域名。顶级域名(TLD)如 .com、.org 等,二级域名如 example.com,三级域名如 www.example.com,依此类推。
  4. DNS 解析过程

    • 当用户在浏览器中输入一个域名时,操作系统会向本地 DNS 服务器发起查询请求。如果本地 DNS 服务器缓存了域名对应的 IP 地址,则直接返回;否则,本地 DNS 服务器会向根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器等依次查询,直到找到对应的 IP 地址。
  5. DNS 缓存

    • DNS 支持缓存机制,可以在本地 DNS 服务器和中间 DNS 服务器上缓存域名解析结果,以提高查询效率和减轻 DNS 服务器的负担。缓存的过期时间由域名的 TTL(Time to Live)值决定。

总的来说,DNS 是互联网中用于域名解析的分布式数据库系统,通过将域名解析为 IP 地址,帮助用户定位和访问互联网上的主机和服务。DNS 的工作原理包括域名解析、分布式数据库、域名层次结构、解析过程和缓存机制等。DNS 在互联网通信中起着非常重要的作用。

五、CDN

CDN(Content Delivery Network,内容分发网络)是一种通过部署在全球各地的服务器节点,将内容快速传输给用户的网络架构。CDN 的主要目的是提高网站的访问速度、减轻源服务器的负载,并提高用户体验。以下是 CDN 的一些重要特点和工作原理:

  1. 内容缓存和分发

    • CDN 会在全球范围内部署多个服务器节点,这些节点会缓存网站的静态内容(如图片、视频、CSS、JavaScript 等)。当用户请求访问网站时,CDN 会根据用户的地理位置和网络状况,选择最近的节点来提供内容,从而加快内容传输速度。
  2. 负载均衡

    • CDN 可以通过负载均衡技术,将用户请求分发到不同的服务器节点上,从而减轻源服务器的负载压力。这样可以提高网站的稳定性和可靠性,确保用户能够快速访问网站内容。
  3. 加速网站访问速度

    • CDN 的分布式架构和内容缓存机制可以有效减少网络延迟,提高网站的访问速度。用户可以从距离更近的节点获取内容,减少数据传输的时间,提升用户体验。
  4. 提高安全性

    • CDN 可以提供一定程度的安全防护,如 DDoS 攻击防护、SSL 加密、内容鉴权等功能,保护网站免受恶意攻击和数据泄露。
  5. 实时监控和报告

    • CDN 可以提供实时的监控和报告功能,帮助网站管理员了解网站的访问情况、性能表现和流量分布,从而优化网站的内容分发策略。

总的来说,CDN 是一种通过部署在全球各地的服务器节点,加速内容传输、减轻源服务器负载、提高网站访问速度和安全性的网络架构。CDN 的工作原理包括内容缓存和分发、负载均衡、加速网站访问速度、提高安全性和实时监控等功能。通过使用 CDN,网站可以更快地向用户提供内容,提升用户体验和网站性能。

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