FTP協(xié)議兩種工作方式下消息交互的分析

葛偉倫

摘要：分析了FTP協(xié)議的兩種工作方式及安全性，探討了每種方式適合的網(wǎng)絡(luò)部署。在此基礎(chǔ)上通過繪制的流程圖深入剖析了兩種方式下FTP客戶端和服務(wù)器端通信的完整消息交互流程，通過對(duì)比分析進(jìn)一步探究了FTP協(xié)議工作的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)方式；被動(dòng)方式；端口；消息交互

中圖分類號(hào)： TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）08-0030-02

FTP （File Transfer Protocol）中文譯為文件傳輸協(xié)議，是TCP/IP協(xié)議棧中應(yīng)用層最重要協(xié)議之一[1] [2]，基于C/S（Client/Server）工作模式，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間文件的高速可靠傳輸，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)分別稱為FTP服務(wù)器和FTP客戶機(jī)，F(xiàn)TP服務(wù)器集中提供和管理資源，客戶機(jī)可通過FTP協(xié)議下載服務(wù)器的資源。

1 FTP主動(dòng)和被動(dòng)方式[4]

FTP使用傳輸層面向連接的可靠TCP（Transmission Control Protocol）協(xié)議建立FTP客戶端和服務(wù)器通信的控制連接通道和數(shù)據(jù)傳輸通道，F(xiàn)TP服務(wù)器端使用21和20兩個(gè)端口，21端口標(biāo)識(shí)服務(wù)器端控制連接進(jìn)程，控制通道傳輸客戶端向服務(wù)器端發(fā)送的操作命令和服務(wù)器返回的應(yīng)答信息；20端口表示服務(wù)器端數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)程，數(shù)據(jù)通道傳輸服務(wù)器和客戶端的文件和文件列表數(shù)據(jù)。但FTP服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是否使用20端口根據(jù)服務(wù)器和客戶機(jī)網(wǎng)絡(luò)部署和安全規(guī)劃具有可選性，所有FTP協(xié)議有兩種工作方式：主動(dòng)和被動(dòng)方式[3]。

1.1 主動(dòng)方式含義

主動(dòng)方式又稱為Standard方式，是指在控制通道建立后，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送PORT（IP Addr，N1，N2）命令， IP Addr表示客戶機(jī)IP地址， N1和N2參數(shù)告訴服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)客戶端使用的臨時(shí)端口號(hào)為表達(dá)式N1×256+N2的值，設(shè)為Pc，服務(wù)器端在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)使用20端口主動(dòng)發(fā)起到客戶端Pc端口的數(shù)據(jù)連接，完成數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)器在數(shù)據(jù)通道建立時(shí)處于主動(dòng)方式。

1.2 被動(dòng)方式含義

被動(dòng)方式又稱為PASV方式，是指在控制通道建立后，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送PASV命令， 宣告下面數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)入被動(dòng)方式，服務(wù)器收到PASV命令，返回的響應(yīng)信息為entering passive mode（IP Addr，N1，N2），IP Addr表示服務(wù)器IP地址，N1和N2參數(shù)告訴客戶端傳輸數(shù)據(jù)服務(wù)器端使用的臨時(shí)端口號(hào)為表達(dá)式N1×256+N2的值。設(shè)為Ps?？蛻舳嗽趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)用操作系統(tǒng)臨時(shí)分配的大于1024端口號(hào)主動(dòng)發(fā)起到服務(wù)器端Ps端口的數(shù)據(jù)連接，完成數(shù)據(jù)傳輸，服務(wù)器在數(shù)據(jù)通道建立時(shí)處于被動(dòng)方式。

2 FTP協(xié)議消息交互流程[5][6]

2.1 主動(dòng)方式

結(jié)合上文分析的FTP協(xié)議主動(dòng)工作方式，此方式下FTP客戶端和服務(wù)器通信時(shí)完整的消息交互流程如圖1所示，消息交互剖析如下：

（1）FTP客戶端通過操作系統(tǒng)臨時(shí)分配的端口號(hào)1098向FTP服務(wù)器21端口主動(dòng)發(fā)起SYN位置1的TCP控制連接請(qǐng)求報(bào)文段。

（2）服務(wù)器在資源和連接數(shù)可控范圍內(nèi)同意建立控制連接，向客戶端發(fā)送SYN位置1，ACK位置1的控制連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段。

（3）客戶端收到確認(rèn)后，還要對(duì)服務(wù)器確認(rèn)報(bào)文段再次發(fā)送ACK位置1的再確認(rèn)報(bào)文段。

（4）經(jīng)過上面的“三次握手”，服務(wù)器通過220應(yīng)答消息響應(yīng)客戶端，雙發(fā)控制連接通道成功建立。

（5）客戶端首先通過user命令攜帶用戶名消息發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器驗(yàn)證用戶名，再詢問客戶端密碼，客戶端通過pass命令攜帶密碼發(fā)送給服務(wù)器，這一過程明文傳輸。

（6）服務(wù)器驗(yàn)證客戶端身份成功，通過230應(yīng)答消息響應(yīng)客戶端成功登陸。

（7）客戶端通過控制通道向服務(wù)器發(fā)送port（IP Addr，N1，N2）命令，表達(dá)式N1×256+N2的值為客戶端傳輸數(shù)據(jù)的臨時(shí)端口號(hào)，本例設(shè)為4536。

（8）服務(wù)器通過發(fā)送200應(yīng)答消息響應(yīng)客戶端，雙發(fā)協(xié)商成功進(jìn)入主動(dòng)方式傳輸數(shù)據(jù)。

（9）客戶端向服務(wù)器發(fā)送取數(shù)據(jù)命令，如get和ls等命令。

（10）服務(wù)器通過數(shù)據(jù)端口20向客戶端數(shù)據(jù)端口4536的主動(dòng)發(fā)送SYN位置1的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求報(bào)文段。

（11）客戶端向服務(wù)器發(fā)送SYN位置1，ACK位置1的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段。

（12）服務(wù)器收到客戶端確認(rèn)后，還要向客戶端發(fā)送ACK位置1的再確認(rèn)報(bào)文段。

（13）經(jīng)過上面“三次握手”建立數(shù)據(jù)連接通道，服務(wù)器響應(yīng)客戶端取數(shù)據(jù)命令，把數(shù)據(jù)通過協(xié)商的數(shù)據(jù)通道發(fā)送到客戶端。

（14）服務(wù)器確定完成數(shù)據(jù)傳輸后，向客戶端發(fā)送FIN位置1的報(bào)文段請(qǐng)求釋放本次數(shù)據(jù)連接通道。

（15）客戶端向服務(wù)器發(fā)送ACK位置1的確認(rèn)報(bào)文段應(yīng)答服務(wù)器的釋放連接請(qǐng)求，服務(wù)器到客戶端方向的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)結(jié)束，數(shù)據(jù)連接通道處于半關(guān)閉狀態(tài)。

（16） 客戶端向服務(wù)器發(fā)送FIN位為置1的數(shù)據(jù)連接釋放報(bào)文段，請(qǐng)求釋放到服務(wù)器方向的數(shù)據(jù)連接通道。

（17）服務(wù)器向客戶端發(fā)送ACK位置1的確認(rèn)報(bào)文段應(yīng)答客戶端的數(shù)據(jù)連接釋放請(qǐng)求，客戶端到服務(wù)器方向的數(shù)據(jù)傳輸也結(jié)束，這樣本次數(shù)據(jù)連接通道經(jīng)過“四次握手”完全釋放。

（18）如果客戶端通過控制連接再次發(fā)出取數(shù)據(jù)命令，則客戶端和服務(wù)器再次重復(fù)上文（10）-（17）步驟。

（19）客戶端通過控制連接通道向服務(wù)器發(fā)送quit命令。

（20）服務(wù)器通過221應(yīng)答響應(yīng)Goodbye消息。

（21）服務(wù)器向客戶端發(fā)送含有FIN位置1的控制連接釋放報(bào)文段，請(qǐng)求釋放到客戶端方向的控制連接通道。

（22）客戶端向服務(wù)器發(fā)送ACK位置1的報(bào)文段來應(yīng)答服務(wù)器的控制連接釋放請(qǐng)求，服務(wù)器到客戶端方向的控制連接關(guān)閉，控制連接通道處于半關(guān)閉狀態(tài)。

（23）客戶端向服務(wù)器發(fā)送FIN位置1的控制連接釋放報(bào)文段，請(qǐng)求釋放到服務(wù)器方向的控制連接通道。

（24）服務(wù)器向客戶端發(fā)送ACK位置1的報(bào)文段來應(yīng)答客戶端的控制連接釋放請(qǐng)求，這樣本次FTP控制連接通道經(jīng)過“四次握手”完全釋放。

結(jié)合上文分析的FTP協(xié)議被動(dòng)工作方式，此方式下FTP客戶端和服務(wù)器通信時(shí)完整的消息交互流程如圖2所示，消息交互剖析如下：

（1）-（6）同主動(dòng)方式的消息交互流程相同。

（7）客戶端通過控制通道向服務(wù)器發(fā)送PASV命令，請(qǐng)求進(jìn)入被動(dòng)方式。

（8）服務(wù)器通過發(fā)送200應(yīng)答消息響應(yīng)客戶端，雙發(fā)協(xié)商成功進(jìn)入被動(dòng)方式傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)攜帶消息參數(shù)（IP Addr，N1，N2），表達(dá)式N1×256+N2的值為服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)的臨時(shí)端口號(hào)，本例端口號(hào)設(shè)為5879。

（9）客戶端向服務(wù)器發(fā)送取數(shù)據(jù)命令，如get和ls等命令。

（10）客戶端通過系統(tǒng)臨時(shí)分配的端口號(hào)5413向服務(wù)器數(shù)據(jù)端口5879主動(dòng)發(fā)送SYN位置1的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求報(bào)文段。

（11）服務(wù)器向客戶端發(fā)送SYN位置1，ACK位置1的數(shù)據(jù)連接請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文段。

（12）客戶端收到服務(wù)器確認(rèn)后，還要向服務(wù)器發(fā)送ACK位置1的再確認(rèn)報(bào)文段。

（13）經(jīng)過“三次握手”建立數(shù)據(jù)連接通道，服務(wù)器響應(yīng)客戶端取數(shù)據(jù)命令，把數(shù)據(jù)通過協(xié)商好的數(shù)據(jù)通道發(fā)送到客戶端。

（14）-（24）同主動(dòng)方式下的消息交互流程相同。

3 結(jié)束語

本文分析了FTP協(xié)議工作的主動(dòng)和被動(dòng)方式，及每種方式的安全特性和適合的網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境。在此基礎(chǔ)上基于流程圖深入剖析了兩種工作方式下FTP客戶端和服務(wù)器通信的消息交互完整流程，最后通過比較分析強(qiáng)調(diào)了兩種工作方式的特點(diǎn)和區(qū)別。

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