FTP 主动模式与被动模式

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基础知识

• FTP is a TCP based service exclusively. There is no UDP component to FTP.
• FTP is an unusual service in that it utilizes two ports, a ‘data’ port and a ‘command’ port (also known as the control port). Traditionally these are port 21 for the command port and port 20 for the data port.
• The data port is not always on port 20, depending on the mode(active mode and passive mode).

主动模式

1. Server 监听 21 端口，Client 使用随机端口 N(1026) 主动连接 Server 21 端口，并将端口 N+1(1027) 发送给 Server, 告诉 Server Client 监听 N+1 端口，用作数据传输。
2. Server 给 Client 回 ACK 包。
3. Server 使用端口 20 主动连接 Client 的 N+1 端口。
4. Client 给 Server 回 ACK 包。

主动模式的问题 - 局域网和防火墙

1. 一般客户端处于局域网中，开启监听的数据传输用的地址是内网地址，外网 FTP server 连接该地址；
2. 即使客户端直接使用外网 IP, 防火墙的配置也是个问题，因为客户端开启的数据传输监听端口是随机的，防火墙只能按 IP 配置，如果 FTP server 是一个接入了多个 IP 的域名，那按 IP 配置也将行不通。(Nowadays, it is typical that the client is behind a firewall (e.g. built-in Windows firewall) or NAT router (e.g. ADSL modem), unable to accept incoming TCP connections. FTP Connection Modes (Active vs. Passive))

被动模式

1. Server 监听 21 端口，Client 使用随机端口 N(1026) 主动连接 Server 21 端口，并告诉 Server 使用 PASV 模式。
2. Server 告诉 Client 使用随机端口 2024 作为数据传输端口。
3. Client 使用 N+1(1027) 端口连接 Server 2024 端口。
4. Server 给 Client ACK 包。

被动模式的问题

1. 被动模式会使 Server 负载增大；
2. 同主动模式一样，被动模式依然会有局域网的问题，如果 server 处于 NAT 网络中，其监听的地址实际上为内网地址，数据包出去时再转换成外网地址，但是被动模式开启的数据传输监听地址是通过 FTP 应用层消息传递的，NAT 无法转换应用层消息中的地址。不过这个问题比较容易解决，目前有两种解决方法：1. 一般的 FTP server 支持将被动模式开启的数据传输监听地址配置成自定义地址，即在给 client 发送数据传输监听地址时用配置的地址替换 server 监听的 IP, 例如 vsftpd 的 pasv_address 配置项及 Pure-FTPd 的 ForcePassiveIP 配置项；2. 在开启的应用层网关(ALG)的网络环境中，ALG 会识别 FTP 消息，将 FTP 消息中的内网地址替换成外网地址。

案例

$ ftp -d 210.140.218.13
Connected to 210.140.218.13 (210.140.218.13).
220 (vsFTPd 2.2.2)
Name (210.140.218.13:xxx): xxx
---> USER xxx
331 Please specify the password.
Password:
---> PASS XXXX
230 Login successful.
---> SYST
215 UNIX Type: L8
Remote system type is UNIX.
Using binary mode to transfer files.
ftp> ls
ftp: setsockopt (ignored): Permission denied
---> PASV
227 Entering Passive Mode (210,140,218,13,199,150).
---> LIST
150 Here comes the directory listing.
drwxr-xr-x    4 502      502          4096 Mar 21 12:20 0
drwxr-xr-x    3 502      502          4096 Mar 22 06:42 test
226 Directory send OK.
ftp> cd test
---> CWD test
250 Directory successfully changed.
ftp> ls
ftp: setsockopt (ignored): Permission denied
---> PASV
227 Entering Passive Mode (210,140,218,13,41,209).
---> LIST
150 Here comes the directory listing.
-rw-r--r--    1 502      502      36598395 Mar 22 11:17 file
226 Directory send OK.
ftp> put file2
local: file2 remote: file2
---> TYPE I
200 Switching to Binary mode.
ftp: setsockopt (ignored): Permission denied
---> PASV
227 Entering Passive Mode (210,140,218,13,25,42).
---> STOR file2
150 Ok to send data.
226 Transfer complete.
36598395 bytes sent in 177 secs (207.02 Kbytes/sec)
ftp> quit
---> QUIT
421 Timeout.

问题: 这个案例使用被动模式，并且服务端只对外开放了 21 和 20 端口，但是这里的数据传输端口是 (25*256+42)=6442, 这个端口是如何接受客户端来的连接的呢？初步分析是对方网络网关支持 ALG, 能动态开放 FTP 随机端口。关于 ALG 防火墙动态开放端口的说明可以看这里：

allowing client applications to use dynamic ephemeral TCP/ UDP ports to communicate with the known ports used by the server applications, even though a firewall configuration may allow only a limited number of known ports. In the absence of an ALG, either the ports would get blocked or the network administrator would need to explicitly open up a large number of ports in the firewall — rendering the network vulnerable to attacks on those ports.

Application-level gateway

参考
Active FTP vs. Passive FTP, a Definitive Explanation
Active v.s. Passive FTP Simplified - Understanding FTP Ports
FTP的主动模式和被动模式