FTP之主动模式vs被动模式

背景说明

最近有个项目涉及到FTP的上传下载问题。在本地开发好的程序测试的时候能正常获取FTP内容，但一放到生产上却显示connection timeout，无法连接。经过一些研究，发现是防火墙造成的。那究竟应该怎么开通网络关系才能正常访问到FTP呢？FTP中的主动模式与被动模式，对开通的网络关系又有什么影响呢？虽然网络上已有部分解释主动模式和被动模式的文章，但是感觉还不是说得十分清楚。故我自己重新整理阐述一遍，看是否能更好的解释主动模式和被动模式。

关于FTP

FTP是基于TCP的一个服务。它之所以特别是特别在它使用了两个端口，一个用来传送数据，一个用来传送命令。大家通常理解的，是用来传送命令的使用21端口，用来传送数据的使用20端口。但实际上并不是总是用20端口进行数据传输的，这还是要看使用的模式。

FTP：主动模式

在主动模式中，FTP客户端使用一个非分配端口（N>1023）与FTP服务端的21命令端口建立连接，并开始倾听N+1端口，同时通过21端口将N+1端口告诉FTP服务端。FTP服务端获取到客户端告诉它的N+1端口后，使用数据传输的20端口与FTP客户端N+1端口建立连接，从而进行数据传输。图示如下：

第一步：FTP客户端通过1026端口（N>1023）与FTP服务端的21端口建立通讯，并告诉FTP服务端它监听的数据传输端口是1027。

第二步：FTP服务端发送ACK给FTP客户端的1026端口。

第三步：FTP服务端通过数据端口20端口与FTP客户端1027端口建立连接。

第四步：FTP客户端传送ACK给FTP服务端以确认建立连接。

根据上述描述，站在FTP服务端防火墙的角度，需要开通以下网络关系：

1. FTP客户端任意端口到FTP服务端21端口。
2. FTP服务端21端口到FTP客户端的大于1023端口。
3. FTP服务端20端口到FTP客户端的大于1023端口。
4. FTP客户端大于1023端口到FTP服务端20端口。

可以看出，FTP主动模式最大的问题是，FTP客户端不是直接创建到FTP服务端20数据传输端口的连接，而只是告诉FTP服务端自己监控的端口，由FTP服务端创建连接。这会造成FTP客户端的防火墙认为这是一个外部建立的连接而被拦截掉。

FTP：被动模式

为了解决主动模式中由于FTP服务端建立连接造成的问题，所以FTP有另一种模式——被动模式。在FTP被动模式中，FTP客户端负责创建命令传输和数据传输两条连接，从而解决防火墙拦截FTP服务端建立连接到FTP客户端的问题。当FTP客户端创建FTP连接的时候，FTP客户端会开通随机的两个端口N和N+1（N>1023）。其中，N端口与FTP服务端21端口建立通讯，并发送PASV命令到FTP服务端。FTP服务端接收到PASV命令之后，会随机创建一个端口P（P>1023），并将端口P返回给FTP客户端。FTP客户端拿到P端口后，就会通过N+1端口与P端口建立数据传输连接。图示如下：

第一步：FTP客户端与FTP服务端命令传输端口21建立通讯，并传输PASV命令。

第二步：FTP服务端通过21端口响应FTP客户端1026端口，并告诉FTP客户端它将监听2024端口作为数据传输端口。

第三步：FTP客户端1027端口与FTP服务端2024端口建立连接。

第四步：FTP服务端通过2024端口返回ACK确认给FTP客户端1027端口。

根据上述描述，站在FTP服务端防火墙的角度，需要开通以下网络关系：

1.FTP客户端任意端口到FTP服务端21端口。

2.FTP服务端21端口到FTP客户端的大于1023端口。

3.FTP客户端任意端口到FTP服务端的大于1023端口。

4.FTP服务端大于1023端口到FTP客户端大雨1023端口。

由此可见，被动模式解决了主动模式在客户端上面开通网络关系的问题。但存在另一个问题，就是FTP客户端需要开通网络关系到FTP服务端的所有大于1023端口，这可能也是网络安全不允许的。不过现在有些FTP可以指定一个范围的端口，以达到控制安全的作用。

一个细节

在使用FTP命令行打开FTP连接进行通讯的时候，有时候会有这样的响应：

1. PORT 192,168,150,80,14,178
2. 227 Entering Passive Mode (192,168,150,90,195,149)

这些响应中，那串数子头4个是IP地址，后两位是表示端口，端口的计算是将第5位数乘以256加上第六位数。如192,168,150,90,195,149，则端口为195*256+149=50069。

参考资料

1. Active FTP vs. Passive FTP, a Definitive Explanation

   http://slacksite.com/other/ftp.html

   这篇文章很详细，看不明我写的中文的，可以看这篇英文的。