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5-2 檔案傳輸系統分析
5-2-1 FTP 系統簡介 『檔案傳輸協定』（File Transfer Protocol, FTP）也幾乎是和 TCP/IP 網路同時誕生，是 APARNET 網路上重要的應用系統之一。FTP 主要是應用於檔案傳輸使用，將共享檔案存放於 FTP 伺服器，讓一般使用者可以透過網路來下載或上傳。它的重點是在異質性電腦之間、以及遠距離的檔案共享使用 ，如圖 5-5-1 所示。
圖 5-5-1 FTP 系統功能 標準 Unix/Linux 版本上的 FTP 伺服器，使用者都必須具系統上的使用者名稱及密碼才可以登入。但目前 Internet 網路上共享資源愈來愈多，並且都是無條件讓使用者下載使用，如需要完整系統上的使用者名稱及密碼，將會嚴重限制使用者的方便性，因此，就有『匿名 FTP』（Anonymous FTP）的誕生。在匿名 FTP 之下，使用者以 anonymous 為使用者名稱，而以電子郵遞帳號作密碼便可登入，來從事檔案傳輸的工作，除非特殊網站，否則一般伺服器並不真正去偵測帳號的真實性，而只判斷是否有『@』來決定是否允許登入。 FTP 使用兩個 TCP 連線來傳輸檔案，著名埠口 20（tcp/20）做為傳輸資料使用，而另外埠口 21（tcp/21）做為傳輸控制訊息使用，以下分別介紹這兩個連線的管理。 圖 5-5 為 FTP 建立連線方式，其中包含控制連線與資料連線，控制連線運作如下：
圖 5-5 FTP 連線方式 1. FTP 檔案傳輸系統採用主從式模式，FTP 伺服端隨時監視埠口 21（tcp/21）是否有連線要求。FTP 客戶端需要連線時，便由著名埠口 21 連結到 FTP 伺服器。 2. 主從雙方都模擬成 NTV 終端機系統，可由使用者介面輸入 FTP 命令，並將該命令以直譯（Interpret）方式，編譯成 ASCII 命令，再傳送給對方。因此，主從雙方皆具有『使用者協定直譯器』（User Protocol Interpreter, User PI）和『伺服端協定直譯器』（Server Protocol Interpreter, Server PI）。 3. 伺服端同意連線後（驗證使用者名稱及密碼），便建立並保持著控制連線，以便隨時交換訊息，當需要傳輸檔案時，再建立資料連線，傳輸後立即釋放該資料連線，一般伺服端的資料連線都建立在埠口 20（20/tcp）。 4. 雙方透過資料連線來存取各自檔案系統（File System）中的檔案，此時會牽涉到系統檔案的讀取和寫入動作，而它是由主從式雙方各自呼叫系統函數來達成，該工作是由『使用者資料傳輸程序』（User Data Transfer Process, User DTP）和『伺服端資料傳輸程序』（Server Data Transfer Process, Server DTR）來完成。 目前 Internet 網路上有許多圖形化的『使用者介面』，譬如，Cute-FTP 或 WS-FTP 應用軟體。但一般標準化介面是模擬成有如 Telnet 般的終端機系統，由使用者在鍵盤上輸入文字命令，再經過 User PI 編譯成 FTP 命令傳送給對方。FTP 伺服軟體的文字命令也透過 Server PI 編譯成 FTP 命令，傳送給客戶端。但雙方的終端機系統並沒有像 Telnet 系統那麼複雜，選項也較為簡單。 FTP 協定運作重點說明如下： ● 交談式溝通(Interactive)：客戶端與伺服器之間以請求與回應方式，客戶端以 FTP 命令向伺服端要求服務，伺服端再以 FTP 回應，給予執行結果。 ● 直譯式命令：客戶端以 ASCII 格式傳送命令給伺服端，伺服端再以直譯式解釋命令，並給予服務。 ● 沒有標準封裝格式：在 FTP 封包標頭上，並不像 DNS 協定一樣有標準欄位可以填寫。
5-2-2 FTP 傳輸模式 FTP 有Active Mode 與 Passive 兩種傳輸模式，最主要是決定如何建立資料連線。FTP 客戶端與伺服端都使用兩個埠口傳輸，基本上 FTP Server 上控制連線的埠口是 21/tcp，資料連線是 20/tcp 埠口。FTP Client 無論控制連線或資料連線都採用隨機埠口(> 1024/tcp)，但隨著傳輸模式不同，FTP Server 的資料連線也可能採用其他隨機埠口。 (A) 伺服端主動 一般在主從式的應用系統上，任一事件的發生，大多是由客戶端主動要求，而伺服端才會隨著客戶端需求做出適當的反應，因此是否需要建立的決定權在於客戶端，所以建立資料連線的運作程序如下： 1. 當FTP Client 利用一個隨機埠口(>1024) 呼叫 FTP Server 的埠口 21/tcp 要求控制連線，並利用 Three-way Handshake 連線成功。 2. FTP Client 告訴 Server，Client端欲利用哪一埠口做資料連線。 3. FTP Server 利用 20/tcp 埠口向 Client 所告知的埠口建立資料連線(採 Three-Way Handshake)。 4. 由雙方即可利用資料連線傳輸資料。 5. Active 的缺點：一般 FTP Server 主機都設有防火牆防護，伺服端不太可能允許發送 TCP SYN 向外要求連線的訊息，因此，一般 Internet 網路較少使用。 圖 5-6 為 FTP Server 主動要求建立資料連線的運作圖，FTP Client 以埠口 1073（1073/tcp）連結到 Server 端的埠口 21（21/tcp），此為控制連線。但當需要傳輸資料時，FTP Client 發出 PORT 163,15,2,62,4,50 來告訴 Server 端，欲傳輸資料的 IP 位址（163.15.2.62）和埠口位址（1074 = 4 *256 +50）。FTP Server 再由埠口 20（20/tcp）要求建立資料連線到 Client 端的 1074 埠口。
圖 5-6 伺服器主動之運作圖 (B) 客戶端主動 在 FTP 協定的預設是伺服器主動狀態，但有些情況必須由客戶端主動連接，在這種情況下 FTP Client 可利用 PASV（Passive Mode）命令，要求 Server 端進入聆聽狀態等待連接。運作程序如下： 1. 當FTP Client 利用一個隨機埠口(>1024) 呼叫 FTP Server 的埠口 21/tcp 要求控制連線，並利用 Three-way Handshake 連線成功。 2. FTP Client 發送 PASV Command 給 Server，要求進入 passive 傳輸模式。 3. FTP Server 隨機選擇 TCP 埠口(>1024)，利用控制連線告訴 Client 端。 4. TCP Client 呼叫 Server 告知的埠口，並利用 Three-Way handshake 建立資料連線。 5. 由雙方即可利用資料連線傳輸資料。 因此， FTP Server 的資料連線就不一定會建立在 20/tcp 埠口上，運作如圖 5-7 所示。 (4 * 256 + 16 = 1040)
圖 5-7 客戶端主動之運作圖 5-2-3 FTP 服務命令 簡單來說， FTP 控制連線是 FTP Server 與 FTP Client 之間溝通的管道，它們之間是利用交談式(Interactive) 方式溝通，由 FTP Client 下命令給 FTP Server 要求那些服務，當 FTP Server 同意服務之後，再利用資料連線傳送資料(可能 Up Load 或 Down Load)。所以雙方傳送訊息便沒有像其他應用系統(如 DNS Systen)有一定的封裝格式。常用命令如下： ● STOR：FTP Client儲存檔案於 Server 端，也就是 Client 端上傳一個檔案到 Server 端，如：『STOR file1.dat』。 ● RETR：FTP Client 向 Server 複製一個檔案，也就是由 Server 端下載一個檔案到 Client 端，如：『RETE file1.dat』。 ● STOU：（Store Unique）如同 STOR 一樣都是傳輸一個檔案到 Server 端，但 STOU 表示傳輸後在 Server 端必須是唯一的檔案名稱，也就是不可覆蓋同一檔名的檔案。 ● REST：（Restart）要求重新啟動傳輸連線。 ● DELE：（Delete）要求刪除 Server 上某一檔案。 ● RMD：（Remove Directory）要求刪除某一檔案目錄。 ● MKD：（Make Directory）要求建立一個目錄。 ● LIST：顯示檔案目錄。 ● NOOP：（No Operation）此為 dummy 命令，Server 並未執行任何工作，而回應一個執行正確的訊息。 ● ABOR：中斷前一個 FTP 命令及任何資料傳輸。 5-2-4 FTP 系統規劃與建置 (A) 網路規劃與建置 我們利用 Cisco Packet Tracer 規劃與建置網頁系統，來觀察它的運作模式。雖然如此建立的系統是模擬真實情況，但幾乎能與真實網路完全相符。吾人需選擇下列元件來建置： (1) Server-PT：模擬伺服器主機。於該主機上可選擇開啟多種服務，譬如： HTTP、DHCP、DNS、FTP 等伺服器功能，本範例選擇開啟 FTP 服務。 (2) PC-PT：模擬客戶端主機。該主機上提供多種客戶端套件，譬如：Terminal、Command Prompt、Web Browser、Email 等等。本範例選擇使用 Command Prompt 介面。 (3) 2960-24TT。模擬 24 埠口 Layer 2 交換器。作為連結 Server-PT 與 PC-PT 的設備。 另外，吾人選擇 192.168.0.0/24 私有網路區段，並指定 192.168.0.254 為 Default Gateway 與 DNS = 168.95.1.1，雖然本範例沒有用到此功能，但還是依照標準作業程序完成它。主機的 IP 位址設定與連接埠口位置，如下表所示：(主機上網路參數請自行設定)
依照上表所建置的網路圖，如下所示：[請下載：FTP Server 系統.pkt] 圖 5-8 FTP 網路系統 (B) 伺服器設定與連線 (1) 步驟 1：於 FTP_Server 上開啟 FTP 服務，如下：(得知帳號： cisco、密碼：cisco)
(2) 步驟 2：於 PC0 上開啟 Desktop => Command Prompt，並輸入>ftp 192.168.0.250。輸入帳號與密碼後，可連結到 FTP 伺服器，表示建置成功。如下：
5-2-5 FTP 協定分析 (A) FTP 連線封包擷取 Packet Tracer 自動採用FTP Passive Mode 傳輸模式，吾人先將它的運作程序歸納如下：
圖 5-9 FTP 訊號流程 (1) 步驟 1：將 Packet Tracer 設定成 Simulation Mode，並將過濾封包僅選擇 FTP 與 TCP 封包。 (2) 步驟 2：將 PC0 進入 Command Prompt 模式，並輸入 > ftp 192.168.0.251 與執行。 (3) 步驟 3：將在 Packet Tracer 上按 Auto Capture/Play 擷取封包如下： (A) 分析 TCP Connect Request 封包
得到下列結果：
(B) 分析 TCP Connect Response 封包
得到下列結果：
(C) 分析 FTP Response 封包
得到下列結果：
(D) 分析 FTP Command 封包
得到下列結果：
(D) 其它 FTP Command 與 Response 封包 接著 FTP Server 要求 Client 端輸入帳號與密碼，會出現一連串的 FTP Command 與 FTP Response 封包交互傳遞，請自行觀察分析。 5-2-6 FTP 資料傳遞封包 分析 接著上述的實驗， PC0 上會出現等待命令的 Prompt，則輸入 dir，要求顯示伺服端命令，如下：
Packet Tracer 擷取到封包如下： (A) FTP Command：Type 封包 此封包為 FTP Client 要求是否同意制定 Data Channel 的型態？(PORT or PASV)
得到下列結果：
(B) FTP Command：okay 封包 此封包是 FTP Sever 同意 Client 制定 Data Channel 的型態。
得到下列結果：
(C) FTP Command：PASV 封包 此封包是 FTP Client 制定 Data Channel 的型態為 PASV。
得到下列結果：
(D) FTP Response：Message：192,168,0,251,4,4 此封包是 FTP Server 同意使用 PASV Mode 傳輸，並告知 Data Channel 埠口是 1028。
得到下列結果：
(E) FTP Command：LIST 封包 此封包是 FTP Client 向 Sever 端下 dir 命令，要求顯示目錄內容。
得到下列結果：
(F) FTP Response：transfer starting 此封包是 FTP Sever 端同意並開始傳送資料。
得到下列結果：
(G) TCP Connect Request 此封包是 FTP Client 端要求建立資料傳輸的 TCP 連線。
得到下列結果：
(H) TCP Data Transfer 上述要求連線後，會有一連串的三向式聯絡法封包，就不再敘述。建立連線後，即開始 FTP Dtat 傳輸，但它還是採用 TCP Data Transfer 封包傳送，如下：
得到下列結果：
5-2-7 FTP 終止連線封包 分析 請自行擷取下列封包練習：
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翻轉工作室：粘添壽
網路規劃與管理技術：
翻轉電子書系列：
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