本篇主要参考FTP协议的维基百科： File Transfer Protocol
FTP(FileTransfer Protocol)是在客户端和服务器之间传输文件的标准网络协议。FTP协议建立在C-S模型之上，在客户端和服务器之间使用单独的控制和数据连接。FTP用户可通过明文登陆协议来认证，通常是以用户名和密码形式，不过在服务器配置允许的情况下，也可以实现匿名连接。为了保护用户名和密码，以及对内容进行加密，FTP通常使用SSL/TLS来保证其安全性，即FTPS，有时也会用另一种不同技术的SSH文件传输协议，即SFTP。
FTP最初的协议是由AbhayBhushan写的，在1971年4月16日发布为RFC 114 。直到1980年，FTP一直都在TCP/IP的前身NCP上运行，后来该协议又先后被TCP/IP版本RFC 765(1980.06)和RFC 959(1985.10)代替，RFC959也就是目前的FTP规范。之后，根据不同的需要，一些被提议的标准分别对RFC 959进行了修正，例如RFC 1579(1994.02)启用了防火墙友好的FTP(被动模式passive mode，后面我们将会提及FTP的主动模式和被动模式)，RFC 2228(1997.06)提出了FTP的安全扩展，RFC 2428(1998.09)增加了对IPv6的支持，并定义了一种新的被动模式。
1. 协议概览
1.1 通信与数据传输
FTP可以在主动(active mode)和被动模式(passive mode)上运行，不同的模式建立数据连接的方式有所不同。在两种模式下，都是客户端从一个随机端口N向FTP服务器的命令端口21建立TCP连接。
- 主动模式：客户端从端口M上侦听服务器发来的数据连接，它通过向服务器发送PORT M命令来通知服务器它正在侦听的端口号。然后服务器从它的数据端口port 20上向客户端(端口M)发起一条数据通道。(S -> C)
- 被动模式：在客户端被防火墙隔离而无法接收传入的TCP连接时，可以采用FTP的被动模式。在这种模式下，客户端首先通过控制连接(control connection)向服务器发送一个PASV命令，然后接收服务器返回的服务器IP地址和端口号，客户端再在自己的任意端口上向接收到的服务器IP地址和端口号建立数据连接。(C -> S)
服务器的响应由控制连接(control connection)返回，由ASCII编码的3个数字状态码外加一个可选的文本消息组成。数字表示响应的代码，文本是对该响应代码的解释。例如”200”或”200 OK”代表上一条命令成功执行(文章后面有对响应码数字的解释)。通过在控制连接(control connection)上发送一个中断消息可以终止正在数据连接(data connection)上进行的文件传输。
在FTP网络上传输数据时，可以使用4种数据表示形式，分别是：
- ASCII mode：用于文本。如果需要，数据在发送前会由在主机上的字符表示转换为8比特的ASCII码形式，然后在接收主机端再转换为接收主机的字符表示。因此，该模式不适用于包含纯文本以外的数据的文件传输。
- Image mode (也称Binary mode)：发送方逐字节地发送文件，接收方则接收并存储到达的字节流。目前，Image模式已被推荐在所有FTP实现上支持。
- EBCDIC mode：用于使用EBCDIC字符集的纯文本在不同主机之间的传输。
- Local mode：允许两台相同设置的计算机使用专有格式传输数据，而无需转换为ASCII形式。
对于文本文件，FTP提供了不同格式的控制和记录结构选项，这些特性是为了方便包含Telnet或ASA的文件传输而设计的。
FTP数据传输有三种可选的模式，分别是流模式(Stream mode)、块模式(Block mode)和压缩模式(Compressed mode)：
- Stream mode：数据作为连续的流发送，FTP层不需要做任何处理，所有的处理都是通过TCP来完成的。该模式下不需要文件结尾标志(EOF)，除非数据被划分为records(一种数据结构)。
- Block mode：FTP将数据划分为几个block(每个block包含block header，byte count以及data field)，然后移交给TCP进行传输。
- Compressed mode：数据通过简单的压缩算法进行压缩，通常使用游程编码。
有些FTP软件还实现了一种基于DEFLATE的压缩模式，有时也称为“模式Z”，该模式在一个因特网草案中有描述，但尚未标准化。
1.2 Login
FTP使用普通的用户名和密码机制来授权访问。用户名使用USER命令发送至服务器，密码则使用PASS命令发送。该序列在传输线路上是不加密的，因此容易受到网络嗅探的攻击。如果客户端提供的信息被服务器接受，服务器会向客户端发送一个问候语，然后会话开始。如果服务器支持，客户端也可在不提供认证的情况下登陆FTP，但服务器对此类会话只提供受限的访问。
1.3 Anonymous FTP
提供FTP服务的主机也可能提供匿名FTP访问，用户只需要在login时输入一个‘anonymous’账户。虽然用户通常被要求发送他们的email地址代替password，实际上并不会对提供的email地址进行验证。许多以提供软件升级为目的的主机通常会允许匿名登陆。
1.4 NAT与防火墙穿越
一般情况下，在FTP客户端发送PORT命令之后，服务器向客户端发起连接来实现数据传输，但这在NAT和防火墙存在的情况下是有问题的，因为从因特网连接到他们内部的主机是不被允许的。对于NAT，还有一个更麻烦的问题就是，在PORT命令中的IP地址和端口号都是指NAT内部主机的IP地址和端口号，而不是NAT的公共IP地址和端口。
补充一点NAT的概念。NAT即Network Address Translation(网络地址转换)的缩写。当在专有网络内部的一些主机本来已经分配到了本地的IP地址(仅在本专用网络内部使用的专用地址)，但又想和因特网上的主机通信时，可使用NAT方法。这种方法需要在专用网络连接到互联网的路由器上安装NAT软件，即NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址(公共IP)。这样，所有本地地址的主机在和因特网通信时，都要在NAT路由器上将其转换成公共IP地址。通过这种使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，也有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。
目前有两种方法来解决以上提到的问题。第一就是，使用FTP的被动模式，即发送PASV命令，使连接从客户端向服务器发起，而不是从服务器向客户端发起，这种方法是目前的FTP客户端广泛采用的。另一种方法是，NAT通过使用应用程序级网关去修改PORT命令的值。
1.5 与HTTP的不同之处
HTTP本质上解决了FTP传输许多小而短的网络内容不方便的问题。
FTP通过一个有状态的控制连接(control connection)来维护当前的工作目录和其他flags，而数据传输需要另起一路连接(data connection)来实现。在被动模式下，data connection是由客户端向服务器发起的，而在默认的主动模式下，data connection则是由服务器向客户端发起。在主动模式下的这种明显的角色转换，以及所有传输都使用随机端口号，使得FTP在穿越防火墙和NAT时非常困难。相反，HTTP是无状态协议，并且控制和数据都被复用在一个从客户端到服务器的单一连接上，使用熟知端口，使得HTTP能够很容易穿透NAT网关和防火墙。
由于发送命令并等待接收响应的所需的往返时间，使得建立FTP连接的速度很慢，因此，一贯的处理是，建立起一条控制连接后即保持该连接的开放状态，该控制连接可用于多个文件的传输控制，而不是在多个文件之间反复地关闭并重建会话。相比之下，HTTP在最初的实现中，每当传输完一个文件(或其他数据)后，都会关闭连接，虽然后来HTTP也支持了重用一个TCP连接实现多次传输的功能，但其基本的概念模型仍然是独立的请求而非会话。
当FTP在数据连接上传输数据时，控制连接处于空闲状态，如果传输时间过长，防火墙或NAT会认为控制连接已断开而停止跟踪，从而使得文件下载中断。而HTTP连接仅在多个请求之间处于空闲态，因此在超时后将该连接断开是正常的，也是合理的。
2. Web浏览器支持
大多通用浏览器都能检索FTP服务器上的文件，虽然他们可能不支持FTP的扩展协议如FTPS。用Web访问给定的FTP URL时显示的远程服务器上内容与其他的网站内容很相似。例如，在火狐浏览器上运行的一个全功能FTP客户端称为FireFTP。
FTP URL的形式为：ftp://[user[:password]@]host[:port]/url-path，方括号内的部分可选。例如，ftp://public.ftp-servers.example.com/mydirectory/myfile.txt 表示服务器public.ftp-servers.example.com上目录mydirectory 下的文件myfile.txt 。ftp://user001:[email protected]/mydirectory/myfile.txt 则在上面的基础上添加了访问该FTP地址的用户名和密码。默认情况下，大多web浏览器都使用PASV模式，方便终端用户穿越防火墙。
3. 安全
FTP没有被设计为一个安全协议，存在许多安全方面的弱点。在1999年5月，RFC 2577的作者列出了以下的安全漏洞：
- 暴力破解 (Brute force attack)
- FTP跳转攻击 (FTP bounce attack)
- 数据包捕获 (Packet capture)
- 端口窃取 (Port stealing，猜测下一个打开的端口并窃取合法连接)
- IP欺骗攻击 (Spoofing attack)
- 用户名枚举 (Username enumeration)
FTP不对其传输内容加密；所有的传输都是明文的，用户名、密码、命令和数据可以被在互联网上进行数据包捕获(网络嗅探)的任何人读取。这个问题普遍存在于在加密机制(如TLS、SSL等)被创造出来之前设计的网络协议，如SMTP、Telnet、POP和IMAP。常用的解决方案包括：
- 使用非安全协议的安全版本，如用FTPS代替FTP、TelnetS代替Telnet；
- 使用另外的能够处理同样工作的更安全的协议，如SSH文件传输协议(SSH File Transfer Protocol)或安全复制协议(Secure Copy Protocol)；
- 使用安全隧道，如Secure Shell (SSH)或虚拟专用网络(VPN)。
3.1 FTP over SSH
FTP over SSH是在Secure Shell隧道连接上传输正常FTP会话的一种做法。由于FTP使用多个TCP连接，在SSH隧道上传输是相当困难的。许多SSH客户端试图在控制通道上建立隧道，但这样仅能保护该控制通道；当数据传输时，两端的FTP软件为数据通道建立新的连接，因而数据连接上没有机密性和完整性保护。另外一种更安全的实现方式是，SSH客户端软件有足够的FTP协议知识，以监测并重写FTP控制通道消息，并自动为数据通道建立新的分组转发。支持该模式的软件包有：SSH通信安全软件套件Tectia ConnectSecure (Win/Linux/Unix)。
4. 派生协议
4.1 FTPS
4.2 SSH文件传输协议 (SSH File Transfer Protocol)
SSH文件传输协议(SFTP)有一个与FTP类似的用户命令集，但使用SSH协议来传输文件。与FTP不同，SFTP对命令和数据都做加密，防止密码和敏感信息在网络上的公开传输。SFTP软件与FTP软件之间不支持互操作。
4.3 普通文件传输协议 (Trivial File Transfer Protocol)
普通文件传输协议(TFTP)是一个简单的、锁步(lock-step)FTP，允许客户端从远程主机下载或向远程主机上传文件。由于实现简单，其最初的用途之一，是用作早期局域网内部传输文件的方式。与鲁棒性更强的文件传输协议(如FTP)对比，TFTP缺乏安全性以及其他高级功能。TFTP在1981年被首次标准化，当前的协议规范见RFC 1350。
4.4 简单文件传输协议 (Simple File Transfer Protocol)
简单文件传输协议(SFTP)作为一个TFTP和FTP之间复杂互操作的非安全文件传输协议被提出，其定义见RFC 913。该协议从未被互联网广泛接受，并且已成为历史。该协议运行在端口115上，有一个包含11个命令的命令集，并支持3种数据传输：ASCII模式、二进制模式(binary)和连续模式(continuous)。对于字长为8比特倍数的系统，对binary和continuous两种模式的操作是相同的。该协议也支持使用用户名和密码的登陆，层次化的文件夹与文件管理(包括重命名、删除、上传、下载、覆盖下载、附加下载)。
5. FTP 命令和响应码
FTP命令较多，暂时不列出来，可以参考： List of FTP Command
FTP服务器返回的响应码由三个数字“xyz”组成。第一个数字表示三种可能的响应之一——成功、失败、指示错误或不完整：
- 2yz — 成功；
- 4yz / 5yz — 失败；
- 1yz / 3yz — 错误或不完整。
第二个数字定义了错误的类别：
- x0z — Syntax，语法错误；
- x1z — Information，对请求的答复信息；
- x2z — Connections，对控制连接和数据连接的答复；
- x3z — Authentication and accounting，对账户鉴权和登陆过程的答复；
- x4z — Not defined，未定义；
- x5z — File system，来自服务器文件系统中状态码。
第三个数字用来为第二个数字定义的几类状态提供进一步细化。
更详细的响应码信息可参考：List of FTP server return codes
6. 常用FTP服务器
常用的开源FTP服务器如下：
- FileZilla Server (Windows)
- Pure-FTPd (Unix)
- VsFTPd (Unix)
- ProFTPd (Unix)