FTP协议的分析
2006-07-30 01:20
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>>0.<< 序言
很多人对于FTP的工作原理的认识存在着许多误区。本白皮书的目的是简要地描述一下FTP原理并消除大家对FTP认识的误区。
FTP是早期互联网协议(注：IP协议组)中的一个，FTP协议是设计用在当时还比较封闭的互联网上传输文件，当时互联网只是互连了一些大学、政府 机构和设计该互联网模型的一些商业公司。FTP在当今网络上，特别是在安全问题比较严重的网络上（如互联网Internet）的行为模式是有一些问题的， 本白皮书也提供了一些理论背景知识，这些知识可以帮助你在一个有防火墙或者使用NAT的网络上正确实施FTP。
FTP协议早在Client/Server（C/S）模式流行前就已经被设计，但FTP工作模式与C/S模式十分相似。FTP使用两个TCP连接， 一个TCP连接用于控制信息（控制连接），一个TCP连接用于实际的数据传输（数据连接）。对FTP对话的分析包括在控制连接上所发送命令的检查和在数据 连接上发送的TCP数据段(注：segment---OSI模型中对第4层数据单元的称呼)的评估。对于普通的（活跃的）FTP，控制连接由客户端初始 化，数据连接由服务器端初始化。活跃的FTP也称为(Port模式)。另一种模式是被动模式(Passive模式)，这种模式下客户端初始化数据连接。
>>1.0<< FTP和TCP端口号
根据是使用Port模式还是Passive模式，FTP使用不同的TCP端口号，在详细描述FTP前，我们来简单讨论一下TCP端口号的一些基本概念。TCP使用端口号来标识所发送和接收的应用，端口号可以帮助TCP来分离字节流并且帮相应字节传递给正确的应用程序。
TCP端口号可以是半永久的和暂时的。服务器端监听在半永久的端口上来让客户端访问。客户端使用暂时的端口在本地标识一个对话，客户端端口只在使用TCP服务时候才存在，而服务器端口只要服务器在运行就一直在监听。
TCP端口可以归为3类：
1、众所周知的端口来标识在TCP上运行的标准服务，包括FTP、HTTP、TELNET、SMTP等，这些端口号码范围为0-1023；
2、注册端口号用来标识那些已经向IANA（Internet Assigned Numbers Assigned Numbers Authority）注册的应用，注册端口号为1024-49151；
3、私有端口号是非注册的并且可以动态地分配给任何应用，私有端口为49152-65535；
注册的端口号本来打算只给注册的应用使用，可近年来端口号已经陷入了到达极限的困境，你可能会看到本来应该是给注册应用使用的注册端口被非注册应用用做暂 时的端口。RFC1700详细标注了众所周知的和注册的端口号，然而不幸的是，这个RFC文档自从1994年以来一直没有被更新，然后你仍可以从IANA 得到一个及时更新的端口列表，详细URL为：
http://www.iana.org/assignments/port-numbers
>>2.0<< FTP Port模式和FTP Passive模式
当 你对一个FTP问题进行排错时候，你首先要问的一个问题是使用的是port模式的还是passive模式。因为这两种行为迥异，所以这两种模式引起的问题 也不同；在过去，客户端缺省为active(port)模式；近来，由于Port模式的安全问题，许多客户端的FTP应用缺省为Passive模式。
>>2.1 FTP Port模式
Port模式的FTP步骤如下：
1、 客户端发送一个TCP SYN（TCP同步）包给服务器段众所周知的FTP控制端口21，客户端使用暂时的端口作为它的源端口；
2、 服务器端发送SYN ACK（同步确认）包给客户端，源端口为21，目的端口为客户端上使用的暂时端口；
3、 客户端发送一个ACK（确认）包；客户端使用这个连接来发送FTP命令，服务器端使用这个连接来发送FTP应答；
4、 当用户请求一个列表(List)请求或者发起一个要求发送或者接受文件的请求，客户端软件使用PORT命令，这个命令包含了一个暂时的端口，客户端希望 服务器在打开一个数据连接时候使用这个暂时端口；PORT命令也包含了一个IP地址，这个IP地址通常是客户自己的IP地址，而且FTP也支持第三方 （third-party）模式，第三方模式是客户端告诉服务器端打开与另台主机的连接；
5、 服务器端发送一个SYN包给客户端的暂时端口，源端口为20，暂时端口为客户端在PORT命令中发送给服务器端的暂时端口号；
6、 客户端以源端口为暂时端口，目的端口为20发送一个SYN ACK包；
7、 服务器端发送一个ACK包；
8、 发送数据的主机以这个连接来发送数据，数据以TCP段(注：segment，第4层的PDU)形式发送（一些命令，如STOR表示客户端要发送数据，RETR表示服务器段发送数据），这些TCP段都需要对方进行ACK确认（注：因为TCP协议是一个面向连接的协议）
9、 当数据传输完成以后，发送数据的主机以一个FIN命令来结束数据连接，这个FIN命令需要另一台主机以ACK确认，另一台主机也发送一个FIN命令，这个FIN命令同样需要发送数据的主机以ACK确认；
10、 客户端能在控制连接上发送更多的命令，这可以打开和关闭另外的数据连接；有时候客户端结束后，客户端以FIN命令来关闭一个控制连接，服务器端以ACK包来确认客户端的FIN，服务器同样也发送它的FIN，客户端用ACK来确认。
下图图示了FTP PORT模式前几步步骤：
/====================================================================/
| |
| [ ftp Client ] [ ftp Server ] |
| |
| (TCP:21 连接初始化,控制端口) |
| SYN |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 [TCP] |
| SYN+ACK |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| ACK |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 |
| |
| (控制操作: 用户列目录或传输文件) |
| |
| Port, IP, Port yyyy |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| Port Seccussful |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| List, Retr or Stor |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 |
| |
| |
| (TCP:20 连接初始化,数据端口) |
| SYN |
| Port yyyy <---------------------- Port 20 |
| SYN+ACK |
| Port yyyy ----------------------> Port 20 |
| ACK |
| Port yyyy <---------------------- Port 20 |
| |
| |
| (数据操作: 数据传输) |
| Data + ACK |
| Port yyyy <---------------------> Port 20 |
| . |
| . |
| . |
| |
/====================================================================/
FTP Port模式会给网络管理人员在许多方面带来很多问题，首先，在PORT命令消息中的IP地址和端口号的编码不是直白地显示。另外，应用层的协议命令理论上不应该包含网络地址信息（注：IP地址），因为这打破了协议层的原则并且可能导致协同性和安全性方面的问题。
下图是WildPackets EtherPeek协议分析仪解码了PORT命令的地址参数，地址参数后是端口号，见PORT 192,168,10,232,6,127；6，127部分的第一个阿拉伯数字乘以256，然后加上第2个阿拉伯数字就得到端口号，所以客户端指定了端口 号为6*256+127=1663；
/====================================================================/
| IP Header - Internet Protocol Datagram |
| Version: 4 |
| Header Length: 5 (20 bytes) |
| |
| ............... |
| |
| Time To Live: 128 |
| Protocol: 6 TCP - Transmission Control Protocol |
| Header Checksum: 0xAA36 |
| Source IP Address: 192.168.0.1 DEMO |
| Dest. IP Address: 192.168.0.3 VI |
| No IP Options |
| |
| TCP - Transport Control Protocol |
| Source Port: 2342 manage-exec |
| Destination Port: 21 ftp |
| Sequence Number: 2435440100 |
| Ack Number: 9822605 |
| Offset: 5 (20 bytes) |
| Reserved: %000000 |
| Flags: %011000 |
| 0. .... (No Urgent pointer) |
| .1 .... Ack |
| .. 1... Push |
| .. .0.. (No Reset) |
| .. ..0. (No SYN) |
| .. ...0 (No FIN) |
| |
| Window: 65150 |
| Checksum: 0x832A |
| Urgent Pointer: 0 |
| No TCP Options |
| |
| FTP Control - File Transfer Protocol |
| Line 1: PORT 192,168,0,1,9,39<CR><LF> |
| |
| FCS - Frame Check Sequence |
| FCS (Calculated): 0xF4C04A4F |
/====================================================================/
下图验证了服务器端的确从端口20打开到端口1663的TCP连接：
/====================================================================/
| TCP - Transport Control Protocol |
| Source Port: 20 ftp-data |
| Destination Port: 1663 |
| Sequence Number: 2578824336 |
| Ack Number: 0 |
| Offset: 6 (24 bytes) |
| Reserved: %000000 |
| Flags: %000010 |
| 0. .... (No Urgent pointer) |
| .0 .... (No Ack) |
| .. 0... (No Push) |
| .. .0.. (No Reset) |
| .. ..1. SYN |
| .. ...0 (No FIN) |
| |
| Window: 3731 |
| Checksum: 0x8A4C |
| Urgent Pointer: 0 |
| No TCP Options |
| |
| TCP Options |
| Options Type: 2 Maxinum Segment Size |
| Length: 4 |
| MSS: 1460 |
| |
| FCS - Frame Check Sequence |
| FCS (Calculated): 0x5A1BD023 |
/====================================================================/
当使用FTP时候，网络中的防火墙必须要声明相应的端口，防火墙必须要跟踪FTP对话然后检查PORT命令，防火墙必须要参与从服务器端到客户端在 PORT命令中指定的端口连接的建立过程。如果网络中使用了NAT（注：网络地址翻译），那么NAT的网关同样也需要声明相应的端口，网关需要把在 PORT命令中指定的IP地址翻译成分配给客户的地址，然后重新计算TCP的Checksum；如果网关没有正确地执行这个操作，FTP就失败了。
黑客可能会利用FTP支持第三方特性这一特点，在PORT命令中设置IP地址和端口号参数来指定一台目标主机的地址和端口号（有时候称这种攻击为 FTP反弹攻击），例如黑客可以让一台FTP服务器不断地从它的源端口20发送TCP SYN包给一系列目的端口，让FTP服务器看起来正在进行端口扫描，目的主机不知道攻击来自黑客的主机，看起来攻击象是来自FTP服务器。一些常用的 FTP应用在PORT命令中设置地址为0.0.0.0，这样做的意图是让FTP服务器只需要与打开控制连接的相同客户进行数据连接，设置地址为 0.0.0.0可能会让防火墙不知所措。例如，CISCO PIX IOS6.0以上版本的PIX（注：CISCO硬件防火墙设备，6.0以上版本为其修正了相关的FTP协议）要求数据连接的IP地址与已经存在的控制连接 的IP地址必须相同。这样做的原因是防止黑客用PORT命令来攻击别的机器，虽然一些FTP应用设置IP地址为0.0.0.0不是有意图的攻击，但在 PIX修正协议环境下的确引起了一些问题，同时对其他不允许第三方模式和避免FTP反弹攻击的防火墙来说，这也会引起相同的问题。
>>0.<< 序言
很多人对于FTP的工作原理的认识存在着许多误区。本白皮书的目的是简要地描述一下FTP原理并消除大家对FTP认识的误区。
FTP是早期互联网协议(注：IP协议组)中的一个，FTP协议是设计用在当时还比较封闭的互联网上传输文件，当时互联网只是互连了一些大学、政府 机构和设计该互联网模型的一些商业公司。FTP在当今网络上，特别是在安全问题比较严重的网络上（如互联网Internet）的行为模式是有一些问题的， 本白皮书也提供了一些理论背景知识，这些知识可以帮助你在一个有防火墙或者使用NAT的网络上正确实施FTP。
FTP协议早在Client/Server（C/S）模式流行前就已经被设计，但FTP工作模式与C/S模式十分相似。FTP使用两个TCP连接， 一个TCP连接用于控制信息（控制连接），一个TCP连接用于实际的数据传输（数据连接）。对FTP对话的分析包括在控制连接上所发送命令的检查和在数据 连接上发送的TCP数据段(注：segment---OSI模型中对第4层数据单元的称呼)的评估。对于普通的（活跃的）FTP，控制连接由客户端初始 化，数据连接由服务器端初始化。活跃的FTP也称为(Port模式)。另一种模式是被动模式(Passive模式)，这种模式下客户端初始化数据连接。
>>1.0<< FTP和TCP端口号
根据是使用Port模式还是Passive模式，FTP使用不同的TCP端口号，在详细描述FTP前，我们来简单讨论一下TCP端口号的一些基本概念。TCP使用端口号来标识所发送和接收的应用，端口号可以帮助TCP来分离字节流并且帮相应字节传递给正确的应用程序。
TCP端口号可以是半永久的和暂时的。服务器端监听在半永久的端口上来让客户端访问。客户端使用暂时的端口在本地标识一个对话，客户端端口只在使用TCP服务时候才存在，而服务器端口只要服务器在运行就一直在监听。
TCP端口可以归为3类：
1、众所周知的端口来标识在TCP上运行的标准服务，包括FTP、HTTP、TELNET、SMTP等，这些端口号码范围为0-1023；
2、注册端口号用来标识那些已经向IANA（Internet Assigned Numbers Assigned Numbers Authority）注册的应用，注册端口号为1024-49151；
3、私有端口号是非注册的并且可以动态地分配给任何应用，私有端口为49152-65535；
注册的端口号本来打算只给注册的应用使用，可近年来端口号已经陷入了到达极限的困境，你可能会看到本来应该是给注册应用使用的注册端口被非注册应用用做暂 时的端口。RFC1700详细标注了众所周知的和注册的端口号，然而不幸的是，这个RFC文档自从1994年以来一直没有被更新，然后你仍可以从IANA 得到一个及时更新的端口列表，详细URL为：
http://www.iana.org/assignments/port-numbers
>>2.0<< FTP Port模式和FTP Passive模式
当 你对一个FTP问题进行排错时候，你首先要问的一个问题是使用的是port模式的还是passive模式。因为这两种行为迥异，所以这两种模式引起的问题 也不同；在过去，客户端缺省为active(port)模式；近来，由于Port模式的安全问题，许多客户端的FTP应用缺省为Passive模式。
>>2.1 FTP Port模式
Port模式的FTP步骤如下：
1、 客户端发送一个TCP SYN（TCP同步）包给服务器段众所周知的FTP控制端口21，客户端使用暂时的端口作为它的源端口；
2、 服务器端发送SYN ACK（同步确认）包给客户端，源端口为21，目的端口为客户端上使用的暂时端口；
3、 客户端发送一个ACK（确认）包；客户端使用这个连接来发送FTP命令，服务器端使用这个连接来发送FTP应答；
4、 当用户请求一个列表(List)请求或者发起一个要求发送或者接受文件的请求，客户端软件使用PORT命令，这个命令包含了一个暂时的端口，客户端希望 服务器在打开一个数据连接时候使用这个暂时端口；PORT命令也包含了一个IP地址，这个IP地址通常是客户自己的IP地址，而且FTP也支持第三方 （third-party）模式，第三方模式是客户端告诉服务器端打开与另台主机的连接；
5、 服务器端发送一个SYN包给客户端的暂时端口，源端口为20，暂时端口为客户端在PORT命令中发送给服务器端的暂时端口号；
6、 客户端以源端口为暂时端口，目的端口为20发送一个SYN ACK包；
7、 服务器端发送一个ACK包；
8、 发送数据的主机以这个连接来发送数据，数据以TCP段(注：segment，第4层的PDU)形式发送（一些命令，如STOR表示客户端要发送数据，RETR表示服务器段发送数据），这些TCP段都需要对方进行ACK确认（注：因为TCP协议是一个面向连接的协议）
9、 当数据传输完成以后，发送数据的主机以一个FIN命令来结束数据连接，这个FIN命令需要另一台主机以ACK确认，另一台主机也发送一个FIN命令，这个FIN命令同样需要发送数据的主机以ACK确认；
10、 客户端能在控制连接上发送更多的命令，这可以打开和关闭另外的数据连接；有时候客户端结束后，客户端以FIN命令来关闭一个控制连接，服务器端以ACK包来确认客户端的FIN，服务器同样也发送它的FIN，客户端用ACK来确认。
下图图示了FTP PORT模式前几步步骤：
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| [ ftp Client ] [ ftp Server ] |
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| (TCP:21 连接初始化,控制端口) |
| SYN |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 [TCP] |
| SYN+ACK |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| ACK |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 |
| |
| (控制操作: 用户列目录或传输文件) |
| |
| Port, IP, Port yyyy |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| Port Seccussful |
| Port xxxx <---------------------- Port 21 |
| List, Retr or Stor |
| Port xxxx ----------------------> Port 21 |
| |
| |
| (TCP:20 连接初始化,数据端口) |
| SYN |
| Port yyyy <---------------------- Port 20 |
| SYN+ACK |
| Port yyyy ----------------------> Port 20 |
| ACK |
| Port yyyy <---------------------- Port 20 |
| |
| |
| (数据操作: 数据传输) |
| Data + ACK |
| Port yyyy <---------------------> Port 20 |
| . |
| . |
| . |
| |
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FTP Port模式会给网络管理人员在许多方面带来很多问题，首先，在PORT命令消息中的IP地址和端口号的编码不是直白地显示。另外，应用层的协议命令理论上不应该包含网络地址信息（注：IP地址），因为这打破了协议层的原则并且可能导致协同性和安全性方面的问题。
下图是WildPackets EtherPeek协议分析仪解码了PORT命令的地址参数，地址参数后是端口号，见PORT 192,168,10,232,6,127；6，127部分的第一个阿拉伯数字乘以256，然后加上第2个阿拉伯数字就得到端口号，所以客户端指定了端口 号为6*256+127=1663；
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| IP Header - Internet Protocol Datagram |
| Version: 4 |
| Header Length: 5 (20 bytes) |
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| ............... |
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| Time To Live: 128 |
| Protocol: 6 TCP - Transmission Control Protocol |
| Header Checksum: 0xAA36 |
| Source IP Address: 192.168.0.1 DEMO |
| Dest. IP Address: 192.168.0.3 VI |
| No IP Options |
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| TCP - Transport Control Protocol |
| Source Port: 2342 manage-exec |
| Destination Port: 21 ftp |
| Sequence Number: 2435440100 |
| Ack Number: 9822605 |
| Offset: 5 (20 bytes) |
| Reserved: %000000 |
| Flags: %011000 |
| 0. .... (No Urgent pointer) |
| .1 .... Ack |
| .. 1... Push |
| .. .0.. (No Reset) |
| .. ..0. (No SYN) |
| .. ...0 (No FIN) |
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| Window: 65150 |
| Checksum: 0x832A |
| Urgent Pointer: 0 |
| No TCP Options |
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| FTP Control - File Transfer Protocol |
| Line 1: PORT 192,168,0,1,9,39<CR><LF> |
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| FCS - Frame Check Sequence |
| FCS (Calculated): 0xF4C04A4F |
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下图验证了服务器端的确从端口20打开到端口1663的TCP连接：
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| TCP - Transport Control Protocol |
| Source Port: 20 ftp-data |
| Destination Port: 1663 |
| Sequence Number: 2578824336 |
| Ack Number: 0 |
| Offset: 6 (24 bytes) |
| Reserved: %000000 |
| Flags: %000010 |
| 0. .... (No Urgent pointer) |
| .0 .... (No Ack) |
| .. 0... (No Push) |
| .. .0.. (No Reset) |
| .. ..1. SYN |
| .. ...0 (No FIN) |
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| Window: 3731 |
| Checksum: 0x8A4C |
| Urgent Pointer: 0 |
| No TCP Options |
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| TCP Options |
| Options Type: 2 Maxinum Segment Size |
| Length: 4 |
| MSS: 1460 |
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| FCS - Frame Check Sequence |
| FCS (Calculated): 0x5A1BD023 |
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当使用FTP时候，网络中的防火墙必须要声明相应的端口，防火墙必须要跟踪FTP对话然后检查PORT命令，防火墙必须要参与从服务器端到客户端在 PORT命令中指定的端口连接的建立过程。如果网络中使用了NAT（注：网络地址翻译），那么NAT的网关同样也需要声明相应的端口，网关需要把在 PORT命令中指定的IP地址翻译成分配给客户的地址，然后重新计算TCP的Checksum；如果网关没有正确地执行这个操作，FTP就失败了。
黑客可能会利用FTP支持第三方特性这一特点，在PORT命令中设置IP地址和端口号参数来指定一台目标主机的地址和端口号（有时候称这种攻击为 FTP反弹攻击），例如黑客可以让一台FTP服务器不断地从它的源端口20发送TCP SYN包给一系列目的端口，让FTP服务器看起来正在进行端口扫描，目的主机不知道攻击来自黑客的主机，看起来攻击象是来自FTP服务器。一些常用的 FTP应用在PORT命令中设置地址为0.0.0.0，这样做的意图是让FTP服务器只需要与打开控制连接的相同客户进行数据连接，设置地址为 0.0.0.0可能会让防火墙不知所措。例如，CISCO PIX IOS6.0以上版本的PIX（注：CISCO硬件防火墙设备，6.0以上版本为其修正了相关的FTP协议）要求数据连接的IP地址与已经存在的控制连接 的IP地址必须相同。这样做的原因是防止黑客用PORT命令来攻击别的机器，虽然一些FTP应用设置IP地址为0.0.0.0不是有意图的攻击，但在 PIX修正协议环境下的确引起了一些问题，同时对其他不允许第三方模式和避免FTP反弹攻击的防火墙来说，这也会引起相同的问题。
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