在网络环境中，将文件从一台计算机复制到另一台计算机是一项基本应用。文件传送协议（File Transfer Protocol, FTP） （RFC959）是互联网上使用最广泛的文件传输协议之一。FTP不仅提供交互式访问，允许用户指定文件的类型与格式，还设定了文件的存取权限。它屏蔽了各计算机系统的细节，使得在异构网络中传输文件变得非常便利。
FTP的基本工作原理
FTP基于客户/服务器体系结构，其服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。服务器进程主要由主进程和若干从属进程组成：
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主进程的工作步骤：
- 打开端口21：主进程首先打开一个熟知端口（端口号为21），使客户进程能够连接上服务器进程。
- 等待连接请求：主进程处于等待状态，等待客户进程发出连接请求。
- 启动从属进程：当收到连接请求时，主进程启动一个从属进程来处理客户请求。从属进程处理完请求后即终止，但在运行期间可能会创建其他子进程。
- 继续等待：主进程返回等待状态，继续接受其他客户进程发来的连接请求。
FTP的工作过程涉及建立两个连接：“控制连接”和“数据连接”。控制连接在整个会话期间一直保持打开，负责传输各种命令和状态响应；数据连接则用于实际传输文件。
- 建立控制连接：FTP客户向FTP服务器的21端口发起TCP连接请求，建立控制连接。
- 发送命令：通过控制连接发送用户标识和口令，以及改变远程目录等命令。
- 建立数据连接：FTP服务器收到文件传送命令后（上传或下载），从20端口发起到客户的数据连接。客户应告知服务器其数据传送进程打开的端口。
- 传输文件并关闭数据连接：在数据连接上传送完一个文件后关闭连接。若需要传送另一个文件，则需打开新的数据连接。
这种分离设计使得控制连接贯穿整个会话，而数据连接则是非持续的，只在需要传输文件时建立和关闭。
FTP命令和应答
FTP命令和应答在控制连接上以ASCII码文本行形式传送。常用的FTP命令如下：
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| LIST<目录名> | 列表显示文件或目录 |
| PASS<口令> | 用户登录口令 |
| PORT<n1,n2,n3,n4,n5,n6> | 客户端IP地址和端口 |
| QUIT | 从服务器注销 |
| RETR<文件名> | 读取（下载）一个文件 |
| STOR<文件名> | 存储（上传）一个文件 |
| USER<用户名> | 用户登录用户名 |
典型的应答例子：
- 331 Username OK, password required.
- 125 Data connection already open; transfer starting.
- 425 Can’t open data connection.
- 221 Goodbye.
用户使用命令行方式的FTP客户软件时，输入的命令与控制连接中的命令不同。用户接口程序将用户命令转换为FTP命令并通过控制连接发送给服务器。现在更多人使用图形界面的FTP客户软件，如CuteFTP，或直接利用浏览器访问FTP服务器。
FTP的优势与挑战
FTP具有以下几个优势：
- 跨平台传输：FTP能够在不同操作系统之间传输文件，不受平台限制。
- 文件类型支持：FTP支持多种文件类型和格式传输，包括文本文件、图像文件、音频文件等。
- 传输状态反馈：FTP提供详细的传输状态反馈，用户可以实时了解传输进度和状态。
- 用户权限控制：FTP允许设置用户权限，确保文件的安全传输和访问控制。
尽管FTP具有许多优势，但它也面临一些挑战：
- 安全性问题：FTP传输的数据未加密，容易被窃听和篡改。为解决这一问题，出现了安全文件传输协议（SFTP）和FTP安全扩展（FTPS）。
- 复杂的配置：FTP服务器的配置和管理相对复杂，需要专业知识。
- 传输效率：在高延迟网络环境下，FTP的传输效率可能受到影响。
FTP的实际应用案例
为了更好地理解FTP的实际应用，我们来看一个具体的例子。
案例：使用FTP上传和下载文件
假设你是一名网站管理员，需要将本地计算机上的网站文件上传到远程服务器。你可以使用FTP客户端（如FileZilla）进行文件传输。
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连接到FTP服务器：
- 打开FileZilla客户端。
- 在“主机”栏输入FTP服务器地址。
- 输入用户名和密码。
- 点击“快速连接”。
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上传文件：
- 在左侧窗口中浏览并选择本地计算机上的文件。
- 将文件拖拽到右侧窗口中的远程服务器目录。
- 文件上传完成后，会显示传输状态和进度。
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下载文件：
- 在右侧窗口中浏览并选择远程服务器上的文件。
- 将文件拖拽到左侧窗口中的本地计算机目录。
- 文件下载完成后，会显示传输状态和进度。
通过上述步骤，你可以轻松地使用FTP进行文件上传和下载，实现网站文件的管理和维护。
FTP与其他文件传输协议的比较
除了FTP，还有其他几种常见的文件传输协议，如SFTP、FTPS和HTTP。它们各有优缺点，适用于不同的场景。
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SFTP（SSH File Transfer Protocol） ：
- 基于SSH（Secure Shell）协议，提供加密的文件传输。
- 优势：安全性高，适用于需要保护敏感数据的场景。
- 缺点：传输速度可能稍慢，配置复杂。
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FTPS（FTP Secure） ：
- 在FTP基础上增加了SSL/TLS加密，提供安全的文件传输。
- 优势：在保持FTP兼容性的基础上提高了安全性。
- 缺点：配置复杂，需额外的SSL/TLS证书。
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HTTP/HTTPS（HyperText Transfer Protocol） ：
- 用于通过Web浏览器传输文件，尤其适用于Web应用。
- 优势：易于使用，广泛支持。
- 缺点：不适合大文件传输，缺乏FTP的文件管理功能。
总结
FTP作为一种基础且广泛应用的文件传输协议，通过客户/服务器体系结构，有效解决了不同计算机系统文件传输的不兼容问题。控制连接和数据连接的分离设计，确保了文件传输的高效性和稳定性。尽管面临安全性和配置复杂性的挑战，FTP仍然是文件传输的常用选择。
对于初学者，理解FTP的基本工作原理和常用命令是非常重要的，这将帮助你更好地掌握网络文件传输的基本技能。希望这篇文章能够帮助你理解FTP的基本工作原理和应用。如果有任何问题，欢迎在评论区留言讨论。
图文来源：《计算机网络教程》第六版微课版
