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解說 FTP Protocol 的運作原理

我想 FTP 可能有人每天都在用,但卻很少人知道 FTP 運作原理,更尤其是在連不上 FTP 的時候常常都是一頭霧水,在問別人時也可能會發現有人可以連、有人不能連,有的人連的上可以登入成功但是卻無法列出檔案清單,種種的問題只要能了解 FTP 的運作原理就可以很輕易的了解問題出在哪裡,進而解決問題。

基本觀念

使用 FTP 傳輸時,至少會使用到兩個 Port 來建立連線通道:

  • 一個為指令通道(Command Channel),預設使用 Port 21 建立連線,用來傳輸 FTP 指令,例如:列出檔案清單(LIST)、變更目錄(CWD)、取得目前的目錄(PWD)、......等。
  • 另一個為資料通道(DATA Channel),預設使用 Port 20,但是會因 FTP Client 選擇使用的「連線模式」不同而有所不同。

一般來說,指令通道的連線與下指令都沒有什麼問題,有問題的通常是在資料通道的建立,而資料通道的建立方式是由 FTP Client 所下的指令決定的,以 FileZilla 設定為例(如下圖):

image

FTP Client (e.g. FileZilla) 每次建立連線時都會下 PORT 或 PASV 指令,如下範例:

指令:    PASV
回應:    227 Entering Passive Mode (59,37,124,43,158,251)

而每次下指令傳輸資料時,都會建立一次 data connection,包括取得遠端的檔案清單(LIST)時回傳的檔案列表、下載檔案、或上傳檔案。

連線模式

FTP 的連線模式分兩種:主動模式 ( Active mode ) 與 被動模式 ( Passive mode )

  • 主動模式 ( Active mode )

FTP Client 跟 FTP Server 連線後,會主動利用 PORT 指令提出 DATA Channel 連線的要求,如下:

指令:    PORT 10,18,53,171,17,114
回應:    200 Port command successful.

這裡的 PORT 指令是由 FTP Client 送出的,當需要建立 DATA Channel 時,FTP Server 會主動利用 Server 主機的 Port 20 發出連線到 FTP Client 的主機,而 PORT 指令後的參數說明如下:

  • 前四個數字是 FTP Client 的 IP 位址:10.18.53.171
  • 後兩個數字是 FTP Client 接受連線的 Port 埠號,埠號的計算方式是 (第五個數字 * 256 + 第六個數字),以此範例來說,FTP Client 接受的連線埠號是 17 * 256 + 114 = 4,466

由此可知,如果 FTP Client 處於 NAT 的環境下的話,FTP Server 幾乎無法正常的連線到 FTP Client 的主機,所以現在大部分的連線模式幾乎都建議使用者使用被動模式(Passive mode)。

  • 被動模式 ( Passive mode )

FTP Client 跟 FTP Server 連線後,會主動利用 PASV 指令提出 DATA Channel 連線的要求,如下:

指令:    PASV
回應:    227 Entering Passive Mode (59,37,124,43,158,251)

你可以看到由 FTP Client 送出的 PASV 指令並沒有送出其他的參數,而是在 FTP Server 回應的時候出現了 (59,37,124,43,158,251) 字串,當需要建立 DATA Channel 時,這時就會由 FTP Client 主動連接至 FTP Server 動態開放的 Port 供 FTP Client 連接,其中 (59,37,124,43,158,251) 的說明如下:

  • 前四個數字是 FTP Server 的 IP 位址:59.37.124.43
  • 後兩個數字是 FTP Server 接受連線的 Port 埠號,埠號的計算方式是 (第五個數字 * 256 + 第六個數字),以此範例來說,FTP Server 可接受的連線埠號是 158 * 256 + 251 = 40,699

由此可知,使用被動模式(Passive mode)對 FTP Server 的系統管理員來說,可掌控的部分是比較多的,因為 FTP Server 無法決定使用者是否可使用主動模式連線,但若改使用被動模式連線的話,就幾乎能讓所有人正常的使用 FTP 服務。

其他資訊

  • 在 IIS 的 FTP 服務中,當使用 Passive mode 時,IIS FTP 會自動開啟短暫的 Port 用以建立 DATA Channel 供 FTP Client 連接,IIS 預設會動態使用 Port 1024 ~ 65535 進行 DATA Channel 的連線,若要修改預設的 Port Range 可以參考我昨天的文章:如何調整 IIS FTP 在 Passive mode 使用的 Port Range
  • 在 Linux kernel 中,若有設定 MASQ 的話,Kernel 已經支援「動態開啟 FTP DATA PORT」功能,也就是說在 FTP Client 端在 NAT 內部也能以 Active mode 使用 FTP,這就是為什麼有些人在公司內部使用虛擬 IP 也能夠使用主動模式(Active mode)傳輸檔案的情形。

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