FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）

1. 什么是FTP？

• 定义： FTP 是一种标准的网络协议，用于在计算机网络上（如互联网或局域网）的客户端和服务器之间传输计算机文件。
• 核心功能： 它的主要目的就是实现文件的上传（从客户端到服务器）和下载（从服务器到客户端）。
• 历史： FTP 是一个非常古老的协议，其规范最早可追溯至 1971 年（在 TCP/IP 协议出现之前），并在随后几十年中不断发展（RFC 959 是核心文档）。虽然现在有更安全、更现代的替代方案，但在特定场景下（尤其是内部网络或传输非敏感数据）仍在使用。
• 定位： 它是应用层协议，依赖于 TCP（传输控制协议）来提供可靠的连接。

2. FTP 如何工作？ - 核心机制

FTP 的一个独特之处在于它使用 两个独立的 TCP 连接 来工作：

1. 控制连接（Control Connection）：

   • 端口：TCP 21（服务器默认监听端口）。
   • 用途：客户端通过此连接发送命令（如 USER, PASS, LIST, RETR, STOR, CWD, QUIT 等）给服务器，并接收服务器的响应码和消息（如 200 OK, 331 Password required, 550 Permission denied）。
   • 特点：这个连接在整个 FTP 会话期间一直保持打开，用于发送指令和接收状态信息。

2. 数据连接（Data Connection）：

   • 端口：动态协商（不是固定的 20 端口，见下文模式）。
   • 用途：实际传输文件内容或目录列表。当客户端发送一个需要数据传输的命令（如 LIST 列出目录，RETR 下载文件，STOR 上传文件）时，就会建立数据连接。
   • 特点：这个连接是按需建立的，完成特定数据传输任务后通常就会关闭。

关键点：主动模式 vs. 被动模式

数据连接的建立方式有两种，这是解决防火墙和NAT问题的关键：

• 主动模式 (PORT Mode)：

  • 客户端行为： 客户端在控制连接上告诉服务器自己用于数据连接的临时端口号（通过 PORT 命令）。
  • 服务器行为： 服务器主动发起 从它的 TCP 20 端口 到客户端指定端口号的连接。
  • 问题： 如果客户端在防火墙或NAT后面，防火墙/NAT设备通常只允许向外发起的连接，而会阻止服务器从外部发起的连接到客户端内部指定的端口。因此主动模式在现代互联网环境下经常失败。

• 被动模式 (PASV Mode)： (更常用，尤其是在客户端有防火墙时)

  • 客户端行为： 客户端发送 PASV 命令。
  • 服务器行为： 服务器响应，告诉客户端它自己用于数据连接的临时端口号。
  • 连接建立： 客户端发起 到服务器IP地址和该临时端口号的连接。
  • 优势： 因为连接是由客户端（位于防火墙/NAT内部）发起的，这符合防火墙/NAT允许“内部发起连接”的规则，因此通常能成功穿越防火墙/NAT。

特点	主动模式 (PORT)	被动模式 (PASV)
命令	PORT (客户端发送)	PASV (客户端发送)
连接发起方	服务器 -> 客户端	客户端 -> 服务器
服务器数据端口	通常是 20	随机高端口 (由服务器告知客户端)
客户端数据端口	随机高端口 (由客户端告知服务器)	随机高端口 (客户端选择)
防火墙/NAT兼容性	差 (服务器连客户端常被阻)	好 (客户端连服务器通常允许)
现代环境推荐	不推荐	推荐

3. 如何使用FTP？

用户通常通过以下方式使用FTP：

1. 命令行客户端：

   • 操作系统（如 Windows 的命令提示符 ftp 命令， Linux/macOS 的 ftp 或更强大的 lftp, sftp）自带基本的FTP客户端。
   • 用户输入命令如 open server.com (连接), user username (用户名), pass password (密码), ls (列目录), get filename (下载), put filename (上传), cd directory (切换目录), bye (退出) 等。

2. 图形化FTP客户端软件：

   • 更常用、更友好。例如 FileZilla (免费开源), WinSCP (Windows, 支持FTP/SFTP/SCP), Cyberduck (macOS/Windows), CuteFTP, FlashFXP 等。
   • 提供类似文件管理器的界面，支持拖放操作、断点续传、队列管理、站点管理器等。

3. 网页浏览器：

   • 直接在地址栏输入 ftp://username:[e-mail]/ 或 ftp://server.com/（可能需要后续输入凭证）。
   • 功能有限，通常只支持匿名访问或基本下载，不适合管理或上传。

4. 编程接口：

   • 开发人员可以在程序中（如 Python 的 ftplib， Java 的 Apache Commons Net）使用库来实现FTP功能。

4. FTP 的身份验证

• 用户名/密码： 最常见的方式。客户端发送 USER 和 PASS 命令。
• 匿名 FTP (Anonymous FTP)：
  • 一种特殊的访问方式。
  • 用户名通常是 anonymous 或 ftp。
  • 密码通常是用户的电子邮件地址（有时任意字符串也能接受，但提供真实邮箱是惯例）。
  • 通常用于提供公共可下载的文件，权限受到严格限制（通常只能下载特定目录下的文件，不能上传或修改）。

5. FTP 的安全问题与替代方案

• 主要安全问题：
  • 明文传输： 最大的缺陷！ FTP 在传输过程中（包括命令、用户名、密码、文件内容）完全不加密，所有数据都以明文形式在网络中传输。攻击者可以在网络上轻松嗅探（窃听）到这些信息。
  • 中间人攻击： 攻击者可以篡改传输的文件或窃取凭证。
• 现代替代方案（强烈推荐）：
  • FTPS (FTP Secure / FTP-SSL)： 在传统 FTP 基础上添加了 TLS/SSL 加密层。有两种模式：
    • 显式 FTPS (FTPES)： 客户端先通过明文连接（端口21），然后使用 AUTH TLS 或 AUTH SSL 命令显式要求升级到加密连接（控制连接和数据连接都加密）。
    • 隐式 FTPS： 要求客户端从一开始就使用 SSL/TLS 连接（通常是端口 990）。现已较少使用。
  • SFTP (SSH File Transfer Protocol)：
    • 注意： 虽然名字里有“FTP”，但 SFTP 和 FTP 是完全不同的协议！ 它不是在 FTP 上加壳。
    • SFTP 是 SSH（Secure Shell）协议的一部分。
    • 它在单个加密连接（通常是 TCP 端口 22）上运行，复用 SSH 的安全通道来传输命令和数据。因此它天然具有 SSH 提供的强加密、身份验证和完整性保护。
    • 更安全、更简单（只有一个连接）、更防火墙友好。
  • SCP (Secure Copy)： 另一个基于 SSH 的协议，主要用于简单的文件传输（复制），功能不如 SFTP 丰富（如目录列表、远程文件管理），但同样安全。
  • 基于HTTPS的传输： 对于通过网页下载文件，HTTPS 是最常用且安全的方式。

6. FTP 的现状

• 遗留系统： 仍然存在于一些旧的系统、设备（如网络设备固件更新）、特定的企业内部文件共享（非敏感数据）或需要兼容老软件的场合。
• 匿名公共分发： 一些软件仓库或开源项目可能仍提供匿名 FTP 访问。
• 被取代： 由于其固有的安全缺陷（明文传输），在需要传输敏感信息或通过公共互联网传输的场景下，FTP 已被视为过时和不安全的。 FTPS 和 SFTP 已成为事实上的安全文件传输标准。
• 云存储和API： 现代应用越来越多地使用基于 HTTPS 的 RESTful API 与云存储服务（Amazon S3, Google Cloud Storage, Azure Blob Storage 等）交互，提供了更强大、更可扩展、更安全的文件传输和管理方案。

总结

FTP 是一个历史悠久、用于在网络上传输文件的基础协议。其核心在于使用独立的控制连接（命令）和数据连接（文件内容）。主动模式和被动模式解决了不同网络环境下的连接问题，其中被动模式在现代网络（防火墙/NAT）中更常用。然而，FTP 最大的问题是所有通信（包括密码和文件）都是明文传输，极其不安全。因此，在需要安全性的场合，强烈建议使用 FTPS 或 SFTP (首选) 作为替代方案。理解 FTP 的原理有助于理解文件传输的基础，但在实际应用中应优先考虑更安全的现代协议。