2019 iOS面試題大全---全方面剖析面試

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2019 iOS面試題-----網(wǎng)絡(luò)相關(guān)之Cookie和Session

2019 iOS面試題-----網(wǎng)絡(luò)相關(guān)之IP協(xié)議、IP數(shù)據(jù)報分片、IPv4編址、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）

2019 iOS面試題-----網(wǎng)絡(luò)相關(guān)之IPv6、從IPv4到IPv6的遷移

之前有說到OSI七層協(xié)議中的應(yīng)用層（HTTP協(xié)議）、傳輸層（TCP協(xié)議、UDP協(xié)議），在傳輸層之上就是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)IP數(shù)據(jù)報的產(chǎn)生以及IP數(shù)據(jù)包在邏輯網(wǎng)絡(luò)上的路由轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)層分為三個組件：

• 1、IP協(xié)議

• 2、路由選擇協(xié)議，它決定了數(shù)據(jù)報從源到目的地所流經(jīng)的路徑

• 3、ICMP協(xié)議 (Internet Control Message Protocol, 因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)，報告數(shù)據(jù)報中的差錯和對某些網(wǎng)路層信息請求進行響應(yīng)對設(shè)施。

網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的區(qū)別

• 網(wǎng)絡(luò)層只是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址將源結(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)包傳送到目的結(jié)點（點到點），其主要任務(wù)是：通過路由選擇算法，為報文或分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當?shù)穆窂?。該層控制?shù)據(jù)鏈路層與傳輸層之間的信息轉(zhuǎn)發(fā)，建立、維持和終止網(wǎng)絡(luò)的連接。具體地說，數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)在這一層被轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包，然后通過路徑選擇、分段組合、順序、進/出路由等控制，將信息從一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳送到另一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

即網(wǎng)絡(luò)層提供了主機之間的邏輯通信

• 而傳輸層則負責(zé)將數(shù)據(jù)可靠地傳送到相應(yīng)的端口（端到端），傳輸層提供了主機應(yīng)用程序進程之間的端到端的服務(wù)。傳輸層利用網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)，并通過傳輸層地址提供給高層用戶傳輸數(shù)據(jù)的通信端口，使高層用戶看到的只是在兩個傳輸實體間的一條端到端的、可由用戶控制和設(shè)定的、可靠的數(shù)據(jù)通路。

即傳輸層為運行在不同主機上的進程之間提供了邏輯通信

一、IP協(xié)議

IP協(xié)議是TCP/IP核心協(xié)議。

1、IP協(xié)議的數(shù)據(jù)報格式（IPv4）

• 版本號
  規(guī)定了數(shù)據(jù)報的IP協(xié)議版本（IPv4還是IPv6）。不同的IP版本使用不同的數(shù)據(jù)報格式 ，上圖是IPv4的數(shù)據(jù)報格式

• 首部長度
  大多數(shù)IP數(shù)據(jù)報不包含選項，所以一般IP數(shù)據(jù)報具有20字節(jié)的首部。

• 服務(wù)類型
  使不同類型的IP數(shù)據(jù)報能相互區(qū)別開來。

• 數(shù)據(jù)報長度
  整個IP數(shù)據(jù)報的長度，利用首部長度和總長度就可以是算出IP數(shù)據(jù)報中數(shù)據(jù)內(nèi)容的起始地址。該字段長度為16比特，所以IP數(shù)據(jù)報最長可達2^16=65535字節(jié)，而事實上，數(shù)據(jù)報很少有超過1500字節(jié)的

• 標識、標志、片偏移字段
  這三個字段與IP分片有關(guān)。此外，IPv6不允許在路由器上對分組分片

• 生存時間TTL
  用來確保數(shù)據(jù)報不會永遠在網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)。設(shè)置該數(shù)據(jù)報可以經(jīng)過的最多的路由器數(shù)。指定了數(shù)據(jù)報的生存時間，經(jīng)過一個路由器，它的值就減1，當該字段為0時，數(shù)據(jù)報就被丟棄

• 協(xié)議
  該字段只有在一個IP數(shù)據(jù)報到達其目的地才有用。該字段值指示了IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分應(yīng)交給哪個特定的傳輸層協(xié)議，比如，值為6表明要交給TCP，而值為17則表明要交給UDP

• 首部檢驗和
  與UDP/TCP的檢驗和不同，這個字段只檢驗數(shù)據(jù)報的首部，不包括數(shù)據(jù)部分。

• 選項字段
  是一個可變長字段，選項字段一直以4字節(jié)作為界限。這樣就可以保證首部始終是4字節(jié)的整數(shù)倍。很少被用到

• 源IP和目的IP

記錄源IP地址，目的IP地址

• 數(shù)據(jù)

二、IP數(shù)據(jù)報分片

一個鏈路層幀能承載的最大數(shù)據(jù)量叫做最大傳送單元（Maximun Transmission Unit,MTU）,即鏈路層的MTU限制著IP數(shù)據(jù)報的長度。
問題是在不同的鏈路上，可能使用不同的鏈路層協(xié)議，且每種協(xié)議可能具有不同的MTU。
假定在某條鏈路上收到一個IP數(shù)據(jù)報，通過檢查轉(zhuǎn)發(fā)表確定出鏈路，且出鏈路的MTU比該IP數(shù)據(jù)報的長度要小，如何將這個過大的IP數(shù)據(jù)報壓縮進鏈路層幀的有效載荷字段呢？

解決方案就是分片：將IP數(shù)據(jù)報中的數(shù)據(jù)分片為兩個或更多個較小的IP數(shù)據(jù)報，用單獨的鏈路層幀封裝這些較小的IP數(shù)據(jù)報，然后向出鏈路上發(fā)送這些幀，每個這些較小的數(shù)據(jù)都稱為片（fragment）。

片在到達目的地傳輸層前需要重新組裝。

實際上，TCP和UDP都希望從網(wǎng)絡(luò)層上收到完整的未分片的報文。IPv4的數(shù)據(jù)報重組工作是在端系統(tǒng)中，而不是在網(wǎng)絡(luò)路由器中。
當一臺目的主機從相同源收到一系列數(shù)據(jù)時，需要確定這些數(shù)據(jù)報中的某些是否是一些原來較大的數(shù)據(jù)報中的片。而如果是片的話，需要進一步確定何時收到最后一片，并且如何將這些片拼接到一起以形成初始的數(shù)據(jù)報。從而就用到了前邊說到的IPv4數(shù)據(jù)報首部中的標識、標志、片偏移 字段。

• 1、當生成一個數(shù)據(jù)報時，發(fā)送主機在為該數(shù)據(jù)報設(shè)置源和目的地址的同時在貼上標識號,發(fā)送主機通常將為它發(fā)送的每個數(shù)據(jù)報標識號加1
• 2、當某路由器需要對一個數(shù)據(jù)報分片時，形成的每個數(shù)據(jù)報（即片）具有初始數(shù)據(jù)報的源地址、目的地址和標識號
• 3、當目的地從同一發(fā)送主機收到一系列數(shù)據(jù)報時，它能夠檢查數(shù)據(jù)報的標識號以確定哪些數(shù)據(jù)報實際上是同一較大數(shù)據(jù)報的片
• 4、由于IP協(xié)議是不可靠服務(wù)，一個或者多個片可能永遠到達不了目的地。為了讓目的主機絕對相信它已收到初始數(shù)據(jù)報的最后一個片，最后一個片的標志比特被設(shè)為0，其余被設(shè)為1
• 5、為了讓目的主機確定是否丟失了一個片，并且能按照正確的順序重新組裝片，使用偏移字段指定該片應(yīng)放在初始IP數(shù)據(jù)報的哪個位置>
  此外，如果有一個片或者多個片未能到達，則該不完整的數(shù)據(jù)報將會被丟棄且不會交給傳輸層。但如果傳輸層正使用著TCP，則TCP將通過讓源以初始數(shù)據(jù)來重傳數(shù)據(jù)。因為IP層沒有超時重傳機制，所以會重傳整個數(shù)據(jù)報，而不是某個片

三、IPv4編址

1、IP地址

一臺主機通常只有一條鏈路連接到網(wǎng)絡(luò)，當主機上的IP想發(fā)送一條數(shù)據(jù)報時，就在該鏈路上發(fā)送。主機與物理鏈路之間的邊界叫做接口（interface）。
而路由器的任務(wù)是從鏈路上接收數(shù)據(jù)報并從某些其他鏈路轉(zhuǎn)發(fā)出去，路由器必須有兩條或更多鏈路與其連接，路由器與它的任意一條鏈路之間的邊界也叫做接口。即一臺路由器會有多個接口，每個接口有其鏈路。
因為每臺主機與路由器都能發(fā)送和接收IP數(shù)據(jù)報，IP要求每臺主機和路由器接口都有自己的IP地址。因此，一個IP地址技術(shù)上是與一個接口相關(guān)聯(lián)的，而不是與包括該接口的主機或路由器相關(guān)聯(lián)的。

2、子網(wǎng)

每個IP地址（IPv4）長度為32比特（4字節(jié)），按點分十進制記法書寫，即地址中的每個字節(jié)都用它的十進制形式書寫，各字節(jié)間以點.隔開，比如193.32.122.30
在因特網(wǎng)上的每臺主機和路由器上的每個接口，必須有一個全球唯一的IP地址（NAT后的接口除外）。這些地址不能自由選擇，一個接口的IP地址的一部分需要由其連接的子網(wǎng)來決定。

3、無類別域間路由選擇（CIDR）

因特網(wǎng)的地址分配策略被稱為無類別域間路由選擇（CIDR）(也被稱為無分類編址，以區(qū)分于分類編址)。對于子網(wǎng)尋址，32比特的IP地址被分為兩部分，也是點分十進制數(shù)形式a.b.c.d/x，其中x指示了地址的第一部分中的比特數(shù)，又被稱為該地址的前綴（prefix）。
一個組織通常被分配一塊連續(xù)的地址，即具有相同前綴的地址。在該組織外的的路由器僅考慮前面的前綴比特x，這相當大地減少了在這些路由器中轉(zhuǎn)發(fā)表的長度，形式為a.b.c.d/x單一表項足以將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到該組織內(nèi)的任何目的地。

4、分類編址

在CIDR被采用之前，IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分被限制長度為8、16、24比特，也就是分類編址（classful addressing）。具有8、16、24比特子網(wǎng)地址的子網(wǎng)被稱為A、B和C類網(wǎng)絡(luò)。
一個C類（/24）子網(wǎng)既能容納2 - 2 = 254臺主機（其中兩個地址預(yù)留用于特殊用途），這對于很多組織來說都太小了。
而一個B類（/16）子網(wǎng)可支持多達2 - 2 = 65534臺主機，又太大了。
在分類編址方法下，一個有2000臺主機的組織通常被分給一個B類（/16）地址，那么剩下的6萬多個地址就浪費掉了。這就會導(dǎo)致B類地址空間的迅速損耗以及所分配的地址空間的利用率低。

此外，255.255.255.255是IP廣播地址，當一臺主機發(fā)出一個目的地址為該地址的數(shù)據(jù)報時，該報文會交付給同一個網(wǎng)絡(luò)中的所有主機。

5、獲取主機地址

某組織一旦獲得了一塊地址，它就可為本組織內(nèi)的主機與路由器逐一分配IP地址。系統(tǒng)管理員通常手工配置路由器中的IP地址。主機地址也能手動配置，但更多使用的是動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）。DHCP允許主機自動獲取IP地址。網(wǎng)絡(luò)管理員可以配置DHCP，以使某給定主機每次與網(wǎng)絡(luò)連接時能得到一個相同的IP地址，或者某主機將被分配一個臨時的IP地址，該地址在每次與網(wǎng)絡(luò)連接時也許是不同的。

6、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換

每個IP地址（IPv4）長度為32比特（4字節(jié)），因此總共有2個可能的IP地址，約為40億個。在互聯(lián)網(wǎng)越來越普及的當下，個人計算機及智能手機等越來越多，這些IP地址顯然無法滿足人們的需求。
為了解決IP地址不足的問題，于是就有了網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(Network Address Translation， NAT)，它的思想就是給一個局域網(wǎng)絡(luò)分配一個IP地址就夠了，對于這個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機，則分配私有地址，這些私有地址對外是不可見的，他們對外的通信都要借助那個唯一分配的IP地址。

如果從廣域網(wǎng)到達NAT路由器的所有數(shù)據(jù)報都有相同的目的IP地址，那么該路由器如何知道是發(fā)送給哪個內(nèi)部主機的呢？其原理就是使用在NAT路由器上的一張NAT轉(zhuǎn)換表，并在該表內(nèi)包含了端口號及其IP地址。

假設(shè)一臺主機向廣域網(wǎng)請求數(shù)據(jù)，NAT路由器收到該數(shù)據(jù)報，會為該數(shù)據(jù)報生成一個新的端口號替換掉源端口號，并將源IP替換為其廣域網(wǎng)一側(cè)接口的IP地址。當生成一個新的源端口號時，該端口號可以是任意一個當前未在NAT轉(zhuǎn)換表中的源端口號（端口號字段是16比特，意味著NAT協(xié)議可以支持超過60000個并行使用路由器廣域網(wǎng)一側(cè)IP地址的連接），路由器中的NAT也在其NAT轉(zhuǎn)換表中增加一表項。

該NAT路由器收到廣域網(wǎng)返回的數(shù)據(jù)時，路由器使用目的IP地址與目的端口號從NAT轉(zhuǎn)換表中檢索出該主機使用的IP地址和目的端口號，改寫該數(shù)據(jù)報的目的IP地址和目的端口號，并向該主機轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)報

NAT雖然在近幾年得到了很廣泛的應(yīng)用，但也被很多人反對。
主要是：

• 1、端口號是用來進程編址的，而不是主機編址的（NAT協(xié)議類似 NAT路由器將該家庭網(wǎng)絡(luò)的主機都當做進程處理，并通過NAT轉(zhuǎn)換表為其分配端口號）
• 2、路由器通常僅應(yīng)當處理高達第三層的分組
• 3、違背端到端原則，即主機彼此之間應(yīng)當相互直接對話，結(jié)點不應(yīng)當介入修改IP地址與端口號。
• 4、應(yīng)當用IPv6來解決IP地址短缺問題

但不管反對與否，NAT終究已成為當今因特網(wǎng)的一個重要組件