FTP协议及数据包浅析

第27章FTP：文件传送协议
27.1   引言
FTP是另一个常见的应用程序。它是用于文件传输的I n t e r n e t标准。我们必须分清文件传
送（file transfer）和文件存取(file access)之间的区别，前者是F T P提供的，后者是如N F S
（S u n的网络文件系统，第2 9章）等应用系统提供的。由F T P提供的文件传送是将一个完整的
文件从一个系统复制到另一个系统中。要使用F T P，就需要有登录服务器的注册帐号，或者通
过允许匿名F T P的服务器来使用（本章我们将给出这样的一个例子）。
与Te l n e t类似，F T P最早的设计是用于两台不同的主机，这两个主机可能运行在不同的操作系
统下、使用不同的文件结构、并可能使用不同字符集。但不同的是，Te l n e t获得异构性是强制两端
都采用同一个标准：使用7比特A S C I I码的N V T。而F T P是采用另一种方法来处理不同系统间的差
异。F T P支持有限数量的文件类型（A S C I I，二进制，等等）和文件结构（面向字节流或记录）。
参考文献959 [Postel 和Reynolds 1985] 是F T P的正式规范。该文献叙述了近年来文件传输
的历史演变。
27.2   FTP协议
F T P与我们已描述的另一种应用不同，它采用两个T C P连接来传输一个文件。
1) 控制连接以通常的客户服务器方式建立。服务器以被动方式打开众所周知的用于
F T P的端口（2 1），等待客户的连接。客户则以主动方式打开T C P端口2 1，来建立连
接。控制连接始终等待客户与服务器之间的通信。该连接将命令从客户传给服务器，
并传回服务器的应答。
由于命令通常是由用户键入的，所以I P对控制连接的服务类型就是“最大限度地减小迟延”。
2) 每当一个文件在客户与服务器之间传输时，就创建一个数据连接。（其他时间也可以创
建，后面我们将说到）。
由于该连接用于传输目的，所以I P对数据连接的服务特点就是“最大限度提高吞吐量”。
图2 7 - 1描述了客户与服务器以及它们之间的连接情况
从图中可以看出，交互式用户通常不处理在控制连接中转换的命令和应答。这些细节均
由两个协议解释器来完成。标有“用户接口”的方框功能是按用户所需提供各种交互界面
（全屏幕菜单选择，逐行输入命令，等等），并把它们转换成在控制连接上发送的F T P命令。
类似地，从控制连接上传回的服务器应答也被转换成用户所需的交互格式。
从图中还可以看出，正是这两个协议解释器根据需要激活文件传送功能。
27.2.1   数据表示
FTP协议规范提供了控制文件传送与存储的多种选择。在以下四个方面中每一个方面都必
须作出一个选择。

1. 文件类型
(a) ASCII码文件类型（默认选择）文本文件以NVT ASCII码形式在数据连接中传输。这要求
发方将本地文本文件转换成NVT ASCII码形式，而收方则将NVT ASCII码再还原成本地文本文件。
其中，用NVT ASCII码传输的每行都带有一个回车，而后是一个换行。这意味着收方必须扫描每
个字节，查找C R、L F对（我们在第1 5 . 2节见过的关于T F I P的A S C I I码文件传输情况与此相同）。
(b) EBCDIC文件类型该文本文件传输方式要求两端都是E B C D I C系统。
(c) 图像文件类型（也称为二进制文件类型） 数据发送呈现为一个连续的比特流。通常
用于传输二进制文件。
(d) 本地文件类型 该方式在具有不同字节大小的主机间传输二进制文件。每一字节的比特
数由发方规定。对使用8 bit字节的系统来说，本地文件以8 bit字节传输就等同于图像文件传输。
2. 格式控制
该选项只对A S C I I和E B C D I C文件类型有效。
(a) 非打印（默认选择）文件中不含有垂直格式信息。
(b) 远程登录格式控制文件含有向打印机解释的远程登录垂直格式控制。
(c) Fortran 回车控制每行首字符是F o r t r a n格式控制符。
3. 结构
（a）文件结构（默认选择）文件被认为是一个连续的字节流。不存在内部的文件结构。
（b）记录结构该结构只用于文本文件（A S C I I或E B C D I C）。
（c）页结构 每页都带有页号发送，以便收方能随机地存储各页。该结构由TO P S - 2 0操
作系统提供（主机需求R F C不提倡采用该结构）。
4. 传输方式
它规定文件在数据连接中如何传输。
（a）流方式 （默认选择）文件以字节流的形式传输。对于文件结构，发方在文件尾提
示关闭数据连接。对于记录结构，有专用的两字节序列码标志记录结束和文件结束。
（b）块方式文件以一系列块来传输，每块前面都带有一个或多个首部字节。
（c）压缩方式 一个简单的全长编码压缩方法，压缩连续出现的相同字节。在文本文件
客户
用户接口
用户协议
解释器
用户数据传
输功能
文件系统
数据连接
控制连接
服务器
服务器协
议接口
服务器数据传
输功能
文件系统
( F T P命令)
( F T P应答)
在终端上
的用户
下载
318使用TCP/IP详解，卷1：协议
中常用来压缩空白串，在二进制文件中常用来压缩0字节（这种方式很少使用，也不受支持。
现在有一些更好的文件压缩方法来支持F T P）。
如果算一下所有这些选择的排列组合数，那么对传输和存储一个文件来说就有7 2种不同
的方式。幸运的是，其中很多选择不是废弃了，就是不为多数实现环境所支持，所以我们可
以忽略掉它们。
通常由U n i x实现的FTP 客户和服务器把我们的选择限制如下：
• 类型：A S C I I或图像。
• 格式控制：只允许非打印。
• 结构：只允许文件结构。
• 传输方式：只允许流方式。
这就限制我们只能取一、两种方式：A S C I I或图像（二进制）。
该实现满足主机需求R F C的最小需求（该R F C也要求能支持记录结构，但只有操作系统
支持它才行，而U n i x不行）。
很多非U n i x的实现提供了处理它们自己文件格式的F T P功能。主机需求R F C指出“F T P协
议有很多特征，虽然其中一些通常不实现，但对F T P中的每一个特征来说，都存在着至少一种
实现”。

27.2.4   连接管理
数据连接有以下三大用途：
1) 从客户向服务器发送一个文件。
2) 从服务器向客户发送一个文件。
3) 从服务器向客户发送文件或目录列表。
F T P服务器把文件列表从数据连接上发回，而不是控制连接上的多行应答。这就避免了行
的有限性对目录大小的限制，而且更易于客户将目录列表以文件形式保存，而不是把列表显
示在终端上。
我们已说过，控制连接一直保持到客户-服务器连接的全过程，但数据连接可以根据需要
随时来，随时走。那么需要怎样为数据连接选端口号，以及谁来负责主动打开和被动打开？
首先，我们前面说过通用传输方式（U n i x环境下唯一的传输方式）是流方式，并且文件
结尾是以关闭数据连接为标志。这意味着对每一个文件传输或目录列表来说都要建立一个全
新的数据连接。其一般过程如下：
1) 正由于是客户发出命令要求建立数据连接，所以数据连接是在客户的控制下建立的。
2) 客户通常在客户端主机上为所在数据连接端选择一个临时端口号。客户从该端口发布
一个被动的打开。
3) 客户使用P O RT命令从控制连接上把端口号发向服务器。
4) 服务器在控制连接上接收端口号，并向客户端主机上的端口发布一个主动的打开。服
务器的数据连接端一直使用端口2 0。
图2 7 - 4给出了第3步执行时的连接状态。假设客户用于控制连接的临时端口是11 7 3，客户
用于数据连接的临时端口是11 7 4。客户发出的命令是P O RT命令，其参数是6个A S C I I中的十进
制数字，它们之间由逗点隔开。前面4个数字指明客户上的I P地址，服务器将向它发出主动打
开（本例中是1 4 0 . 2 5 2 . 1 3 . 3 4），而后两位指明16 bit端口地址。由于16 bit端口地址是从这两个
数字中得来，所以其值在本例中就是4×256+150 = 11 7 4。
图2 7 - 5给出了服务器向客户所在数据连接端发布主动打开时的连接状态。服务器的端点
是端口2 0。

 

服务器总是执行数据连接的主动打开。通常服务器也执行数据连接的主动关闭，除非当
客户向服务器发送流形式的文件时，需要客户来关闭连接（它给服务器一个文件结束的通
知）。
客户也有可能不发出P O RT命令，而由服务器向正被客户使用的同一个端口号发出主动打
开，来结束控制连接。这是可行的，因为服务器面向这两个连接的端口号是不同的：一个是
2 0，另一个是2 1。不过，下节我们将看到为什么现有实现通常不这样做。