HCIA——24FTP 的工作原理、功能、TFTP、控制连接、数据连接

学习目标：

计算机网络
1.掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。
2.掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理。
3.能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。
（一）计算机网络概述
计算机网络的概念、组成——功能组成上（资源子网、通信子网）与功能（主要是数据通信、资源共享）；计算机网络的分类计算机网络的性能指标——重要的是带宽、速率、吞吐量、RTT
（二）计算机网络体系结构与参考模型计算机网络分层结构；计算机网络协议、接口、服务的概念ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
主要介绍计算机网络体系结构的基本概念，读者可以在理解的基础上适当地记忆。重点掌握网络的分层结构（包括5层和7层结构），尤其是ISO/OSI参考模型各层的功能及相关协议、接口和服务等概念。掌握有关网络的各种性能指标，特别是时延、带宽、速率和吞吐量等的计算
---- —- ----
【内容】
（一）网络应用模型
客户/服务器模型；P2P 模型、C/S、peer
（二）域名系统（DNS）层次域名空间；域名服务器；域名解析的原理
（三）文件传输协议（FTP）FTP 的工作原理；控制连接与数据连接
（四）电子邮件（E-mail）电子邮件系统的组成结构；电子邮件格式与 MIME；SMTP 与 POP3
（五）万维网（wWW）WWW 的概念与组成结构；HTTP
【提示】
本章内容既可以以选择题的形式考查，也可以结合其他章节的内容出综合题。所以牢固掌握本章的几个典型应用层协议是关键。我们生活中的很多网络应用都是建立在这些协议的基础上的，因此在学习时要注意联系实际，提高学习的兴趣，才会获得更好的效果。
【内容】
（一）传输层提供的服务
传输层的功能；传输层寻址与端口；无连接服务和面向连接服务
（二）UDP UDP 数据报；UDP 校验
（三）TCP TCP 段；TCP 连接管理；TCP 可靠传输；TCP 流量控制与拥塞控制
【提示】
传输层是整个网络体系结构中的关键层次。要求掌握传输层在计算机网络中的地位、功能、工作方式及原理等，掌握UDP及TCP（如首部格式、可靠传输、流量控制、拥塞控制、连接管理等）。其中，TCP报文分析、流量控制与拥塞控制机制，出选择题、综合题的概率均较大，因此要将其工作原理透彻掌握，以便能在具体的题目中灵活运用。
【内容】
（一）网络层的功能
异构网络互联；路由与转发；拥塞控制
（二）路由算法（三）IPv4静态路由与动态路由；距离-向量路由算法；链路状态路由算法；层次路由IPv4 分组；IPv4 地址与 NAT；子网划分与子网掩码、CIDR、路由聚合、ARP、DHCP与 ICMP
（四）IPv6
IPv6的主要特点；IPv6 地址
（五）路由协议
自治系统；域内路由与域间路由；RIP 路由协议；OSPF 路由协议；BGP 路由协议（六）IP 组播
组播的概念；IP 组播地址
（七）移动 IP移动 IP 的概念；移动IP 通信过程
（八）网络层设备
路由器的组成和功能；路由表与路由转发
【提示】
本章是历年考查的重中之重，尤其是结合第3章、第5章、第6章出综合题的概率很大。其中IPv4以及路由的相关知识点是核心，历年真题都有涉及，因此必须牢固掌握其原理，也要多做题，以便灵活应用。本章的其他知识点，如 IP 组播、移动 IP、IPv6 也要有所了解。
【内容】
（一）数据链路层的功能
（二）组帧
（三）差错控制
检错编码；纠错编码
（四）流量控制与可靠传输机制
流量控制、可靠传输与滑动窗口机制；停止-等待协议
后退N帧协议（GBN）；选择重传协议（SR）
（五）介质访问控制
1.信道划分
频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理
2.随机访问
ALOHA 协议；CSMA 协议；CSMA/CD 协议；CSMA/CA 协议
3.轮询访问：令牌传递协议
（六）局域网
局域网的基本概念与体系结构；以太网与 IEEE 802.3
IEEE 802.11；令牌环网的基本原理
（七）广域网
广域网的基本概念；PPP 协议；HDLC 协议
（八）数据链路层设备
网桥的概念及其基本原理；局域网交换机及其工作原理
【提示】
本章是历年考查的重点。要求在了解数据链路层基本概念和功能的基础上，重点掌握滑动窗口机制、三种可靠传输协议、各种MAC 协议、HDLC 协议和 PPP 协议，特别是CSMA/CD 协议和以太网帧格式，以及局域网的争用期和最小帧长的概念、二进制指数退避算法。此外，中继器、网卡、集线器、网桥和局域网交换机的原理及区别也要重点掌握。
【内容】
（一）通信基础
信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念奈奎斯特定理与香农定理；编码与调制
电路交换、报文交换与分组交换；数据报与虚电路（二）传输介质
双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；物理层接口的特性（三）物理层设备
中继器；集线器
【提示】
物理层考虑的是怎样才能在连接各台计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。本章概念较多，易出选择题，且涉及一些通信原理，读者不太明白的地方可以参考一些相关书籍，通信部分的内容也并非考研重点。复习时应抓住重点，如奈奎斯特定理和香农定理的应用、编码与调制技术、数据交换方式，以及电路交换、报文交换与分组交换技术等。

学习内容：

FTP 的工作原理
功能
TFTP
控制连接
数据连接

文件传输协议

1 .FTP 的工作原理

文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）是因特网上使用得最广泛的文件传输协议。FTP提供交互式的访问，允许客户指明文件的类型与格式，并允许文件具有存取权限。它屏蔽了各计算机系统的细节，因而适合于在异构网络中的任意计算机之间传送文件。

2.FTP 提供以下功能：

① 提供不同种类主机系统（硬、软件体系等都可以不同）之间的文件传输能力。
②以用户权限管理的方式提供用户对远程FTP服务器上的文件管理能力。
③ 以匿名 FTP 的方式——TFTP提供公用文件共享的能力。

FTP 采用客户/服务器的工作方式，它使用 TCP 可靠的传输服务。一个 FTP 服务器进程可同时为多个客户进程提供服务。FTP的服务器进程由两大部分组成：一个主进程，负责接收新的请求；另外有若干从属进程，负责处理单个请求。其工作步骤如下：

①打开熟知端口21（控制端口），使客户进程能够连接上。
② 等待客户进程发连接请求。
③启动从属进程来处理客户进程发来的请求。主进程与从属进程并发执行，从属进程对客户进程的请求处理完毕后即终止。
④回到等待状态，继续接收其他客户进程的请求。

FTP 服务器必须在整个会话期间保留用户的状态信息。特别是服务器必须把指定的用户账户与控制连接联系起来，服务器必须追踪用户在远程目录树上的当前位置。

3.TFTP

在TFTP（Trivial File Transfer Protocol）中，C/S模式指的是客户端/服务器模式。在这种模式下，客户端向服务器发送请求，服务器响应请求并返回数据。

在C/S模式下，客户端和服务器之间的交互通常包括以下几个步骤：

客户端向服务器发送读取文件请求（RRQ）。
服务器收到请求后，验证客户端的权限，然后准备文件数据。
服务器向客户端发送文件数据。
客户端收到数据后，向服务器发送确认收到的消息。
如果客户端在传输过程中发现错误，可以请求重新发送数据。
服务器和客户端之间重复传输数据，直到整个文件传输完成。

以下是更详细的描述：

场景：一家公司的网络管理员想要从服务器上下载一个配置文件，以便在本地机器上配置网络。

管理员在本地机器上打开命令行界面，输入命令 "tftp get <服务器地址> <文件名>"，启动了TFTP客户端。

客户端向服务器发送了一个RRQ请求，请求读取名为 "config.txt" 的文件。

服务器收到请求后，验证了管理员的权限，并准备读取文件。服务器使用一个名为 "tftp_server" 的进程来处理客户端请求。该进程首先检查管理员的IP地址和用户名是否有效。如果管理员没有权限访问该文件或IP地址被拒绝，服务器会返回一个错误消息，并结束进程。

如果管理员有权访问文件，服务器将打开文件并准备发送数据。服务器使用UDP协议向客户端发送数据包，每个数据包包含一部分文件内容。

4. 控制连接与数据连接

FTP 在工作时使用两个并行的 TCP 连接：一个是控制连接（端口号 21），一个是数据连接（端口号20），使用两个不同的端口号可使协议更加简单和更容易实现。

1)控制连接

服务器监听21号端口，等待客户连接，建立在这个端口上的连接称为控制连接，控制连接用来传输控制信息（如连接请求、传送请求等），并且控制信息都以7位ASCI格式传送。FTP客户发出的传送请求，通过控制连接发送给服务器端的控制进程，但控制连接并不用来传送文件。在传输文件时还可以使用控制连接（如客户在传输中途发一个中止传输的命令），因此控制连接在整个会话期间一直保持打开状态。

2)数据连接

服务器端的控制进程在接收到FTP客户发来的文件传输请求后，就创建“数据传送进程”和
“数据连接”，数据连接用来连接客户端和服务器端的数据传送进程，数据传送进程实际完成文件的传送，在传送完毕后关闭“数据传送连接”并结束运行。

数据连接有两种传输模式：主动模式PORT和被动模式PASV.——客户端

PORT模式的工作原理：

客户端连接到服务器的21端口，登录成功后要读取数据时，

客户端随机开放一个端口，并发送命令告知服务器，

服务器收到PORT命令和端口号后，通过20端口和客户端开放的端口连接，

发送数据。

PASV 模式的不同点是，

客户端要读取数据时，发送 PASV 命令到服务器，

服务器在本地随机开放一个端口，并告知客户端，

客户端再连接到服务器开放的端口进行数据传输。

可见，是用PORT模式还是PASV模式，选择权在客户端。简单概括为，

主动模式传送数据是"服务器”连接到“客户端”的端口；被动模式传送数据是“客户端”连接到“服务器”的端口。

因为 FTP 使用了一个分离的控制连接，所以也称FTP 的控制信息是带外（Out-of-band）传送的。使用 FTP时，若要修改服务器上的文件，则需要先将此文件传送到本地主机，然后再将修改后的文件副本传送到原服务器，来回传送耗费很多时间。网络文件系统（NFS）采用另一种思路，它允许进程打开一个远程文件，并能在该文件的某个特定位置开始读写数据。这样，NFS可使用户复制一个大文件中的一个很小的片段，而不需要复制整个大文件。