FTP协议完全详解

FTP协议完全详解

1.介绍

一般来说，用户联网的首要目的就是实现信息共享，文件传输是信息共享非常重要的一个内容之一。Internet上早期实现传输文件，并不是一件容易的事，我们知道Internet是一个非常复杂的计算机环境，有PC，有工作站，有MAC，有大型机，而连接在Internet上的计算机有上千万台，并且这些计算机可能运行不同的操作系统，有运行Unix 的服务器，也有运行Dos、Windows的PC机和运行MacOS的苹果机等等，而各种操作系统之间的文件交流问题，需要建立一个统一的文件传输协议，这就是所谓的FTP。基于不同的操作系统有不同的FTP 应用程序，而所有这些应用程序都遵守同一种协议，这样用户就可以把自己的文件传送给别人，或者从其它的用户环境中获得文件。

FTP的目标是提高文件的共享性，提供非直接使用远程计算机，使存储介质对用户透明和可靠高效地传送数据。虽然我们也可以手工使用它，但是它的主要作用是供程序使用的。在阅读本文之前最好能够阅读TCP协议标准规范和Telnet

协议标准规范。

2. 概览

在本节中我们将讨论一些表面上的问题，有些名词的定义请参阅TCP和Telnet 参考文献。我们先介绍一下（1）字节大小，在FTP中字节大小有两个：逻辑字节大小和用于传输的字节大小。后者通常是8位，而前者可不一定是多少了。传输字节不必等于逻辑字节大小，也不必对数据结构进行解释。（2）控制连接是建立在USER-PIT和SERVER-PI之间用于交换命令与应答的通信链路。（3）数据连接是传输数据的全双工连接。传输数据可以发生在服务器DTP和用户DTP之间也可以发生在两个服务器DTP之间。（4）DTP：数据传输过程（DTP）建立和管理数据连接，DTP可以是主动的也可以是被动的。（5）EOR代表记录尾。（6）NTV代表网络虚拟终端，它的定义与在Telnet协议中的定义一致。（7）NVFS代表网络虚拟文件系统。（8）FTP可以传输非连续的文件，这些文件的一部分称为页。（9）PI代表协议解释器。（10）服务器DTP代表一种传输过程，它通常处于“主动”状态，它和侦听端口建立数据连接，它还可以为传输和存储设置参数，并根据PI的指令传输数据。当然，DTP也可以转入“被动”

状态。（11）服务器FTP进程，它是和用户FTP进程一起工作的，它由PI和DTP组成。至于用户FTP进程则是由PI，DTP和用户接口组成的。下图是FTP 服务示意图：

注意：数据连接是双向的，它不用整个时间都存在。上图中用户PI开始控制连接，控制连接与Telnet协议很象。在开始阶段，标准FTP命令由用户PI产生并通过控制连接传送到服务器进程。服务器PI向用户PI返回标准应答。FTP

命令指定数据连接参数和文件系统操作。用户DTP在特定数据端口侦听，服务器开始数据连接并以指定的参数开始数据传输。数据端口不必在开始FTP命令的机器上，但用户或用户FTP进程必须确定它在指定的数据端口上侦听。这个数据连接是全双工的。

在另外一种情况下，用户或许希望在两个主机间传送文件，不是两个本地主机。用户在两台主机间建立控制连接，然后规划数据连接。用这种方式，控制信息由用户PI获得，但是数据在服务器DTP之间传送。下面就是一个例子：

协议要求数据传输在处理时打开控制连接。在完成FTP服务后由用户中止控制连接，而服务器具体操作。如果在未接收命令时关闭了控制连接，服务器也会关闭数据传输。FTP和Telnet很有联系，FTP使用Telnet协议进行控制连接，可有两种方法达到目的：用户PI或服务器PI可以在自己的过程中实现Telnet

协议的功能；第二种方法是利用系统中现有的Telnet模块。实现上，FTP对Telnet协议的依赖也不多，即使重新实现，代码量也不大。

3. 数据传输功能

数据连接只传输数据，控制连接传送命令和响应。几个命令是关于在主机间传输数据的，数据传输基本上独立于物理结构的，但是如果在压缩传输模式下流式传输与文件结构有关，文件的属性与表示类型有关。

3.1. 数据表示与保存

数据是在主机间的存储设置间传送的。因为两个系统的数据存储方式不同，因此需要对它进行转换，在传送文本时会有对ASCII表示的问题，在进行二进制传送的时候，会有不同系统对字节长度规定不同的问题，有的系统是7位，有的系统可能是32位，这也需要进行转换。需要提供数据表示与传输模型函数，但是FTP提供这方面的功能不多，超过FTP提供功能的那一部分要用户自己实现。

3.1.1. 数据类型

数据表示是由用户指定的表示类型，它可以是隐含的，也可以是用户指定的。请一定注意：逻辑字节长度与物理字节长度是不同的。

3.1.1.1. ASCII类型

这是所有FTP必须实现的默认类型，用于传送文本文件，当在主机间使用EBCDIC传送时更方便，则不使用ASCII类型。发送方将内部表示转换为NVT-ASCII格式，接收方则进行相反的过程接收数据。根据NVT标准，要在行结束处使用序列。NVT-ASCII是8位的。ASCII和EBCDIC的格式参数在下面讨论。

3.1.1.2. EBCDIC类型

它是作为ASCII的另一种方法在主机间传送数据的数据类型。EBCDIC和ASCII很象，仅在类型的功能描述上有一些差别。行结束符使用很少。

3.1.1.3. 图象类型

在此类型下传送的数据被看作连续的位，发送方将数据打包到8位传输字节中传送。因为结构的需要要对传送数据进行填充，填充字节全部为0，填充必须在文件结构时使用，而且要标记出以便接收方过滤掉。它用于传送二进制数据和有效地传送和存储文件，因此所有FTP也必须实现。

3.1.1.

4. 本地类型

也可以以十进制指定逻辑字节大小。如果物理字节大小和逻辑字节大小不同，直接将物理数据打包为逻辑字节，不用什么填充。接收方根据逻辑字节大小进行和

本机的存储特点进行转换。传输必须是可重复的，也就是说，相同的文件相同的参数，那内容必须是一样的。

3.1.1.5. 格式控制

ASCII和EBCDIC有一个可选参数，它说明文件垂直格式控制，下面的数据表示类型在FTP中有定义。字符文件可能有三种用途，打印，存储或留待以后处理。如果是用于打印，那主机必须知道垂直格式控制的表示，如果存储或等以后处理，也需要保留文件格式。如果在远程主机上处理完后传输回本地主机，要保证远程主机处理时没有麻烦。这都需要在ASCII和EBCDIC格式上加入新的参数。

3.1.1.5.1. NON PRINT

未指定第二个参数是它是默认值。它必须为所有FTP接受。如果传输的文件是用于打印的，则使用边界和间隔的默认值。通常它不用于打印目的，而用于保存文件或执行文件。

3.1.1.5.2. TELNET格式控制

文件包括ASCII/EBCDIC垂直格式控制，这些控制字符可以使打印正常进行。

3.1.1.5.3. CARRIAGE CONTROL (ASA)

文件包含ASA (FORTRAN)垂直格式控制字符。在以ASA标准形成的行中，第一个字符不打印，它用于决定打印前的走纸量。下面是定义了的ASA字符：

blank：向下移动1行；0：向下移动2行；1：移动至下一页；+：不移动

打印机必须能够决定结构体的结束。如果文件本身有记录结构就没有问题，如果没有，用于区别打印行，但这些格式标记已经由ASA控制字符使用了。

3.1.2. 数据结构

除了有不同的数据类型外，FTP还允许有不同的文件结构，下面是三种文件结构：文件式结构：文件中没有内部结构，文件被看作是二进制流；记录结构：文件是由一系列记录组成的；页结构：文件是由不同的索引页组成的。

如果未使用STRU命令，文件结构是默认值。文件的结构会影响传输模型，存储和数据表示。文件本来的属性和保存它的主机有关，不同的机器会以自己的方式保存文件。在不同主机间传送文件时必须使主机能够识别相互的表示。有些主机上的文件是面向字节的，有些是面向记录的，在传送时就会出现问题。那就要在接收方进行内部转换。在进行转换的时候，需要区别记录的边界，在ASCII 中使用，在EBCDIC中使用作为分隔符。采用这种实现方法的必须保证转换是可逆的。

3.1.2.1. 文件结构

如果未使用STRU命令，文件结构是默认值。文件结构中没有默认值，文件被看作是连续的字节串。

3.1.2.2. 记录结构

对于文本文件，记录结构必须是所有FTP实现必须有的。记录结构文件是由连续的记录构成的。

3.1.2.3. 页结构

文件是非连续时使用页结构。这种文件称为随机访问文件。这些文件中有时会的和文件整体或部分相关的信息出现。在FTP中，文件的一个部分称为页。为了提供不同的页大小和相关信息，每页都带页头发送。页头中有如下域：

描述子代码由在描述子字节中的位标记说明，下面是已经指定的四种代码及其意义：

以这种编码，对于特定块可能存在多个描述子编码条件，所需要的位必须全部设置。重新开始标记包括在数据流中，它作为8位整数代表在控制连接上使用语言的可打印字节，但不得出现在其中。例如要传送6字节标记，下面就是例子：

3.4.3. 压缩模式

有三种信息需要传送：常规数据以字节串传送；压缩数据，包括复本和过滤器；控制信息，以两个转义字符传送。如果有N（>0但小于127）个常规数据传送，在数据前一位加上一个字节，这个字节最高位为0，其它位表示的数值等于N。如下图：

若要压缩一个数据位D的N复本字符串，用两个字节传送，如下图，它表示的是压缩的字节：

一串N过虑器字节可以压缩为一个字节，而过滤器字节根据表示法不同而不同。如果类型是ASCII或EBCDIC，过滤器字节是，如果是图象或本地类型，则是0。下面就是过滤器字节：

转义序列是双字节，头一个全0，后一个内是定义于块模式下的描述子代码。描述子代码与块模式中的意义相同，它作用于其后串中的字节。而压缩模式对于增加带宽有好处（因为数据是压缩过的）。

3.5. 差错恢复和重新开始

位丢失和数据错误是这一层的差错控制由TCP负责。而重新开始则是给用户一个处理系统（包括操作系统，网络等）失败的方法。重新开始过程仅适用于块和压缩模式，它要求发送者在数据流中加入特定标记，标记仅对传送者有意义，但其中的内容是控制连接使用的语言。标记可以代表一个位记数，记录记数或可以标记数据数目的任何点。如果接收方也支持重新开始，将会在接收系统中保存这一标记。在系统失败重新启动后，用户可以根据原来的标记重新开始数据传送，也就是我们通常熟悉的断点续传过程。接收方接收到一段数据，然后记下一点，如果发送方失败了，就从这一点以后再传送相应的数据。具体的这里不多说了。

4. 文件传输功能

从用户PI到服务器的信道是建立在用户到标记服务器端口间的。用户协议解释器负责发送命令和解释接收的应答；服务器PI解释命令，发送应答，指导DTP 建立数据连接并传送数据。如果数据传输的第二方是用户DTP，通过用户FTP 主机的内部协议对它进行控制；如果第二方是服务器DTP，它由用户PI发来的命令经过自己的PI控制。

4.1. FTP命令

4.1.1. 访问控制命令

下列命令指定访问控制标记（命令码在括号内）：

用户名(USER)

参数是标记用户的Telnet串。用户标记是访问服务器必须的，此命令通常是控制连接后第一个发出的命令，有些主机还会要求口令和帐户。服务器可以在任何时间接收新的USER命令以改变访问控制和（或）帐户信息。这可以重新开始登录过程，所以传输参数不变，在进行中的文件传输在过去的访问控制参数下完成。

口令(PASS)

参数是标记用户口令的Telnet串。此命令紧跟USER命令，在某些站点它是完成访问控制不可缺少的一步。因此口令是个重要的东西，因此不能显示出来，服务器方没有办法隐藏口令，所以这一任务得由用户FTP进程完成。

ACCOUNT (ACCT)

参数是标记用户帐户的Telnet串。此命令不需要与USER相关，一些站点可能需要帐户用于登录，另一些可以限制帐户的权限，在后一种情况下，此命令可在任何时候发送。应答的不同可以区别不同的情况：当登录需要帐户信息时，对PASS命令的响应是332。另外，如果不需要帐户信息，对PASS的响应是230，如果需要帐户信息在以后需要，服务器会返回332或532，这要看它是保存此命令还是拒绝此命令了。

改变工作目录(CWD)

此命令使用户可以在不同的目录或数据集下工作而不用改变它的登录或帐户信息。传输参数也不变。参数一般是目录名或与系统相关的文件集合。

回到上一层目录(CDUP)

此命令要求系统实现目录树结构，它的响应和CWD的相同。

结构加载(SMNT)

此命令使用户在不改变登录或帐户信息的情况下加载另一个文件系统数据结构。传输参数也不变。参数是文件目录或与系统相关的文件集合。

重新初始化(REIN)

此命令终止USER，将所有I/O和帐户信息写入，但不许进行中的数据传输完成。重置所有参数，控制连接打开，可以再次开始USER命令。

退出登录(QUIT)

此命令终止USER，如果没有数据传输，服务器关闭控制连接；如果有数据传输，在得到传输响应后服务器关闭控制连接。如果用户进程正在向不同的USER传输数据，不希望对每个USER关闭然后再打开，可以使用REIN。对控制连接的意外关闭，可以导致服务器运行中止(ABOR)和退出登录(QUIT)。

4.1.2. 传输参数命令

所有数据传输参数有默认值。服务器必须记录下默认值，在FTP服务请求后，可以以任何顺序发送。下面命令传送参数：

数据端口(PORT)

参数是要使用的数据连接端口，通常情况下对此不需要命令响应。如果使用此命令时，要发送32位的IP地址和16位的TCP端口号。上面的信息以8位为一组，逗号间隔十进制传输，如下例：

PORT h1,h2,h3,h4,p1,p2

其中h1是IP地址的最高8位。

被动(PASV)

此命令要求服务器DTP在指定的数据端口侦听，进入被动接收请求的状态，参数是主机和端口地址。

表示类型(TYPE)

参数指定表示类型。有些类型需要第二个参数，第一个参数由单个Telnet字符定义，第二个参数是十进制整数指定字节大小，参数间以分隔。下面是格

式：

默认表示类型是ASCII非打印字符，如果参数未改变，以后只改变了第一个参数，则使用默认值。

文件结构(STRU)

参数是一个Telnet字符代码指定文件结构。下面是代码及其意义：

F - 文件（非记录结构），它是默认值

R - 记录结构

P - 页结构

传输模式(MODE)

参数是一个Telnet字符代码指定传输模式。下面是代码及其意义：

S - 流（默认值）

B - 块

C - 压缩

4.1.3. FTP服务命令

FTP服务命令定义用户请求的文件传输或文件系统功能。此命令的参数通常是路径名，其语法要和服务器的规范一致。推荐的默认值是最近指定的设备目录或目录。命令顺序通常没有限制，只有"rename from"命令后面必须是"rename to"，重新启动命令后面必须是中断服务命令。服务命令的响应通常在数据连接上传输。下面是具体的命令：

获得文件(RETR)

此命令使服务器DTP传送指定路径内的文件复本到服务器或用户DTP。这边服务器上文件的状态和内容不受影响。

保存(STOR)

此命令使服务器DTP接收数据连接上传送过来的数据，并将数据保存在服务器的文件中。如果文件已存在，原文件将被覆盖。如果文件不存在，则新建文件。

唯一保存(STOU)

此命令和STOR差不多，此命令要求在此目录下的文件名是唯一的，对此命令的响应必须包括产生的用户名。

附加(APPE)

它和STOR的功能差不多，但是如果文件在指定路径内已存在，则把数据附加到原文件尾部，如果不存在则新建文件。

分配(ALLO)

此命令用于在一些主机上为新传送的文件分配足够的存储空间。参数是十进制的逻辑字节数。如果是记录或页结构，页或记录的最大大小也需要，这在第二个参数内以十进制指定。第二个参数是可选的，如果有它，它和第一个参数以Telnet 字符 R 分隔。此命令在STOR或APPE命令后，对于不需要分配存储空间的机器，它的作用等于NOOP。

重新开始(REST)

参数域代表服务器要重新开始的那一点，此命令并不传送文件，而是略过指定点后的数据，此命令后应该跟其它要求文件传输的FTP命令。

重命名(RNFR)

这个命令和我们在其它操作系统中使用的一样，只不过后面要跟"rename to"指定新的文件名。

重命名为(RNTO)

此命令和上面的命令共同完成对文件的重命名。

放弃(ABOR)

此命令通知服务中止以前的FTP命令和与之相关的数据传送。如果先前的操作已经完成，则没有动作，返回226。如果没有完成，返回426，然后再返回226。关闭控制连接，数据连接不关闭。

删除(DELE)

此命令删除指定路径下的文件。用户进程负责对删除的提示。

删除目录(RMD)

此命令删除目录。

创建目录(MKD)

此命令在指定路径下创建新目录。

打印工作目录(PWD)

在响应是返回当前工作目录。

列表(LIST)

服务器传送列表到被动DTP，如果路径指定一个目录或许多文件，返回指定路径下的文件列表。如果路径名指定一个文件，服务器返回文件的当前信息，参数为空表示用户当前的工作目录或默认目录。数据传输在ASCII或EBCDIC下进行，用户必须确认这一点。因为文件信息因系统不同而不同，所以不可能被程序自动利用，但是人类用户却很需要。

名字列表(NLST)

服务器传送目录表名到用户，路径名应指定目录或其它系统指定的文件群描述子；空参数指当前目录。服务器返回文件名数据流，以ASCII或EBCDIC形式传送，并以或分隔。这里返回的信息有时可以供程序进行进一步处理。

站点参数(SITE)

服务器用来提供服务器系统信息，信息因系统不同而不同，格式在HELP SITE 命令应答中给出。

系统(SYST)

用于确定服务器上运行的操作系统。

状态(STAT)

此命令返回控制连接状态，它可以在文件传送过程中发送，服务器返回操作进行的状态。也可以在文件传送之间发送，这时命令有参数，参数是路径名，此命令的功能除了数据在控制连接上传送以外和列表命令相似。如果指定部分路径，服务器以文件名或与说明相关的属性返回；如没有参数，服务器返回服务器FTP 进程的状态信息，包括传输参数的当前值和连接状态。

帮助(HELP)

这条命令我们在平常系统中得到的帮助没有什么区别，响应类型是211或214。建议在使用USER命令前使用此命令。

等待(NOOP)

此命令不产生什么实际动作，它仅使服务器返回OK。

FTP在控制连接上使用Telnet通信，因此有机会大家可以看看相关的协议说明。对下文的理解会很有好处。下面内容将对命令的应答和关于命令的详细信息作以说明。FTP命令可分为访问控制标记，数据传输参数或FTP服务请求，特定的命令（如ABOR，STAT）可以在数据传输过程中在控制连接上传输。有些服务器不能同时监视数据和控制链路，那就要另外采取措施了。请注意下面的几点建议：

1. 用户系统将Telnet的"Interrupt Process"（IP）信息插入Telnet流；

2. 用户系统发送Telnet的"Synch"信号；

3. 用户系统将命令（如ABOR）插入Telnet流；

4. 服务器PI在接收到IP后，在Telnet流中寻找仅有一个的FTP命令。

4.2. FTP应答

FTP命令的响应是为了对数据传输请求和过程进行同步，也是为了让用户了解服务器的状态。每个命令必须有最少一个响应，如果是多个，它们要易于区别。有些命令是有顺序性的，因此其中任何一个命令的失败会导致从头开始。FTP响应由三个数字构成，后面是一些文本。数字带有足够的信息命名用户PI不用检查文本就知道发生了什么。文本信息与服务器相关，用户可能得到不同的文本信息。文本和数字以间隔，文本后以Telnet行结束符结束。文本可能多于一行，这时文本必须在括号内，第一行内要有信息表示文本多于一行，最后一行也要有所标记。如果是多行，可以在数字代码后加上"-"，最后一行以数字开始，后面是，再加上Telnet的行结束符就可以了。下面是一个例子：

123-第一行

第二行

234 以数字开始的一行

123 最后一行

三位数字每位都有一定的意义，第一位确定响应是好的，坏的还是不完全的，通过检查第一位，用户进程通常就能够知道大致要采取什么行动了。如果用户程序希望了解出了什么问题，可以检查第二位，第三位留表示其它信息。第一位有五个值：

1yz 确定预备应答

请求的操作正在被初始化；在进入下一个命令前等待另外的应答。这类响应用于说明命令被接受，在实现中如何同步监视有困难，用户进程现在可以关注数据连接了。服务器FTP进程对第个命令几乎都返回1yz响应。

2yz 确定完成应答

要求的操作已经完成，可以执行新命令。

3yz 确定中间应答

命令已接受，但要求的操作被停止，停止接收更新的信息。

4yz 暂时拒绝完成应答

未接受命令，要求的操作未执行，但错误是临时的，过一会儿可以再次发送消息。用户应该返回命令序列的开始。这个暂时可是不好确定，此命令的意思就是让用户进程再次尝试使用此命令。

5yz 永远拒绝完成应答

它与暂时拒绝完成应答的区别就在于错误条件是一时半会不会消失。

下面我们来看看第二位所代表的意义：

x0z 格式错误；

x1z 此类应答是为了请求信息的；

x2z 此类应答是关于控制和数据连接的；

x3z 关于认证和帐户登录过程；

x4z 未使用；

x5z 此类应答是关于文件系统的；

第三个数字是在第二个数字的基础上对应答内容的进一步细化。一般来说，数字代码后要有文本信息。实现时应该尽量使用现有的代码，而不要随便添加新的意义不大的代码。

有些命令如TYPE或ALLO，它们的成功不为用户进程提供任务新信息，所以不会有200应答返回。如果有些命令对于服务器来说不支持，也要返回确定完成应答，这样用户进程才有可能进行下面的命令。如果要求的不是可选实现的命令，而这个命令确实没有实现，那就要返回代码502。下面我们根据数字顺序列出各个应答码及其意义：

5. 说明

5.1. 最小实现

下面是FTP服务器的最小实现：

类型- ASCII Non-print

模式- Stream

结构- File, Record

命令- USER, QUIT, PORT,TYPE, MODE, STRU,RETR, STOR,NOOP.传输的默认参数为：

类型- ASCII Non-print

模式- Stream

结构- File

所有主机都将上面的值作为默认值。

5.2. 连接

服务器协议解释器会在端口L侦听，用户或用户协议解释器初始化全双工控制连接，服务器和用户进程应该遵守Telnet协议的说明进行。服务器不提供对命令行的编辑功能，应该由用户负责这一切。在全部传送和应答结束后，在用户的请求下服务器关闭控制连接。用户DTP必须在指定的数据端口上侦听，它可以是默认端口U或由PORT命令指定的端口。服务器的默认数据端口为L-1。传输方向和端口均可由FTP命令决定。只有用户PI可以改变默认端口。当数据在服务器A和B之间传送时，用户PI，C，在两个服务器PI之间建立控制连接。其中一个服务器A，在接收到传输服务命令时接收PASV命令初始化连接，用户PI接收到PASV命令的确认时（确认内包括主机标识和端口），将端口以PORT 命令发送到B。在接收到确认后，用户PI可以发送相应的命令给A和B了，B 初始连接和传输进程，命令应答序列如下面所示，请根据位置注意时差：

在任何时间，服务器和用户只要有一方关闭连接，另一方就要赶快读取缓冲中的数据，然后也关闭本方的连接。

5.3. 命令

本节主要讨论命令格式。命令对大小写不敏感。命令通常由命令码和相应的参数组成。中间由一个或几个空格分开。参数域由结束，服务器在未接收到行结束符时不会采取任何动作。下面描述的格式是以NVT-ASCII以准的，方括号代表可选的参数域，如果未选择可选的参数域则采用默认值。

5.3.1. FTP命令

下面是FTP命令，其中username代表用户名，password代表口令，pathname代表路径名，host-port代表主机端口，account-information代表帐户信息，typecode代表类型代码，decimal-integer代表十进制整数，marker代表标记，string代表字符串：

USER

PASS

ACCT

CWD

CDUP

SMNT

QUIT

REIN

PORT

PASV

TYPE

STRU MODE

RETR

STOR

STOU

APPE

ALLO

[ R ] REST

RNFR

RNTO

ABOR

DELE

RMD

MKD

PWD

LIST [ ]

NLST [ ]

SITE

SYST

STAT [ ]

HELP [ ]

NOOP

5.3.2. FTP命令参数

下面是用BNF范式表示的参数格式：

::=

::=

::=

::= |

::= 除和外的所有ASCII字符

::=

::= |

::= 可打印ASCII字符，从33到126

::=

::= ,

::= ,,, ::= ,

::= 从1到255的十进制整数

::= N | T | C

::= A [ ]| E [ ]| I| L

::= F | R | P

::= S | B | C

::=