应用层——电子邮件(SMTP、POP3、IMAP)

本文主要是介绍应用层——电子邮件(SMTP、POP3、IMAP)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1. 电子邮件系统及组成结构

1.1 电子邮件

1.2 电子邮件系统的组件

2. SMTP(邮件发送协议)

2.1 SMTP的特征

2.2 SMTP的基本操作

2.3 SMTP协议的基本流程

2.4 SMTP交互与应答

2.5 SMTP与HTTP的对比

3. 邮件报文格式与MIME

3.1 电子邮件格式

3.2 多用途网际邮件扩充-MIME

4. 邮件访问协议

4.1 POP3

4.2 IMAP

4.3 基于Web的电子邮件

1. 电子邮件系统及组成结构

1.1 电子邮件

电子邮件自因特网诞生以来已经成为最为流行的应用程序，时至今日，仍然是最为重要和实用的互联网应用之一

与普通邮件一样，电子邮件是一种异步通信方式，不像电话等通信方式必须通信双方同时在场，发送方可以在任意时间发送邮件，接收方也可以在任意时间接收邮件

电子邮件较普通邮件更为快速而且易于分发，价格便宜。现代电子邮件具有许多强大的特性，包括具有附件、超链接、HTML格式文本和图片的报文

1.2 电子邮件系统的组件

一个电子邮件系统的组成构件

主要有三个组成部分：

用户代理(user agents，UA)
邮件服务器(mail servers)
简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)

电子邮箱的工作方式和寄快递类似

首先找一个跑腿小哥（相当于用户代理）帮你去寄东西，你要先把发件人收件人信息填好（邮箱地址）
跑腿小哥将你的东西拿到寄件处（邮件服务器）准备邮寄
寄件处帮你把物品寄出去，通过物流（相当于传输协议）运往目的地
物品到达收件人的寄件处（对方的邮件服务器）
收件人也叫了一个跑腿小哥（对方的用户代理）将东西取回来

用户代理：用户和电子邮件系统的接口

用户代理简单来说就是一个程序，如QQ邮箱、Outlook等。通常具有撰写、显示和处理邮件的功能

邮件服务器：用于发送和接受邮件，先发信人报告邮件传送的情况，一个邮件服务器可能有多个代理

是电子邮件体系结构的核心。它采用C/S结构，但它必须要能够同时充当服务器和客户端

邮件服务器有两个功能：

邮箱：存储发给该用户的Email
消息队列(message queue)：存储等待发送的Email

简单邮件传输协议：用于完成邮件在邮件服务器之间的传输

SMTP是因特网电子邮件中主要的应用层协议，邮件服务器之间传递消息所使用的协议

一个典型的邮件发送的例子是：

发送方通过用户代理将邮件传输到A用户的邮件服务器
再由A的邮件服务器传输到B的邮件服务器
然后该邮件被分发到接受方的邮箱中

通常，如果发送方的服务器不能完成邮件的传输，那么邮件就在发送方的邮件服务器的消息队列中排队，一段时间后(一般是30分钟)再尝试发送

2. SMTP(邮件发送协议)

2.1 SMTP的特征

SMTP协议定义在[RFC 5321]中，用于从发送方的邮件服务器发送报文到接受发的邮件服务器，它最典型的特征有：

使用TCP进行email消息的可靠传输
端口25
传输过程的三个阶段——握手、消息传输、关闭
Email消息只能包含7位ASCII码
使用命令/响应交互模式
命令(command): ASCII文本
响应(response): 状态代码和语句

2.2 SMTP的基本操作

举一个例子来描述SMTP的基本操作，假设左边的用户是Alice，右边的用户是Bob：

Alice首先通过她的用户代理写了一封邮件，并且在邮件中填上Bob的邮件地址
然后这封邮件被用户代理发送到Alice的邮件服务器上，这一过程中这封邮件需要在服务器中排队
Alice邮件服务器上的SMTP客户端在报文队列中发现有邮件要发送，与Bob的邮件服务器建立一条TCP连接
经过一些SMTP握手后，SMTP客户端通过该TCP连接发送邮件
邮件被传送到Bob的邮件服务器上
Bob随时可以来读取邮件

值得注意的是：

SMTP一般不使用中间邮件服务器发送邮件，也就是说即使邮件的发送者和接收者相距再远，中间所隔的网络再复杂，SMTP也总是倾向于建立起一条直连发送方和接受方的TCP连接

2.3 SMTP协议的基本流程

SMTP将一个报文从发送邮件服务器传送到接收邮件服务器的过程：

1️⃣ 客户SMTP（运行在发送邮件服务器主机上）在25号端口，建立一个到服务器SMTP（运行在接受邮件服务器主机上）的TCP连接

2️⃣ SMTP的客户和服务器在传输信息前要向对方“打招呼并先介绍自己”，在SMTP的握手阶段，SMTP客户指示发送方的邮件地址和接受发的邮件地址SMTP的客户和服务器彼此介绍后，客户发送报文

3️⃣ 如果SMTP客户还有别的邮件要发送到这台服务器，就继续发送，否则关闭TCP连接

2.4 SMTP交互与应答

SMTP交互与应答整体过程

💠 首先，当TCP连接建立后，最开始由接受方邮件服务器进行交互，发送一条服务就绪应答给客户邮件服务器，应答代码为220

💠 SMTP客户收到该应答后，以HELO(HELLO的缩写)进行应答，同时带上自己的域名

💠 SMTP服务器若认为身份有效，则发回应答代码：250

💠 SMTP客户收到该应答后，使用命令 MAIL FROM 来告诉服务器该邮件来自何方，用MAIL FROM指明发件人邮箱地址

💠 服务器认为命令合理，则发回应答代码：250

💠 SMTP客户收到该应答后，使用命令 RCPT TO 告诉服务器邮件去往何地，也就是收件人邮箱

💠 服务器中若有该收件人邮箱(确认是否存在代理)，则发回应答代码250

💠 SMTP客户收到该应答后，使用 DATA 命令来告诉服务器自己准备发送邮件内容了

💠 SMTP服务器准备对该邮件进行接受，发回应代码：354

💠 SMTP客户收到该应答，发送邮件

💠 最后发送结束符CRLF.CRLF来结束邮件的发送

💠 服务器成功收到邮件，应答：250

💠 SMTP客户收到该应答后，使用命令 QUIT 向服务器请求断开连接

💠服务器发回应答代码 221表示接受请求并主动断开连接

下面给出一个SMTP客户(以C代表)和一个SMTP服务器(以S代表)之间交换报文文本的例子

S: 220 hamburger.edu (服务就绪应答)
C: HELO crepes.fr (客户收到应答，打招呼并给出自己的域名)
S: 250 Hello crepes.fr, pleased to meet you (域名有效，问好)
C: MAIL FROM: <alice@crepes.fr> (给出发件人邮箱地址)
S: 250 alice@crepes.fr ... Sender ok (发件人合理，给出应答)
C: RCPT TO: <bob@hamburger.edu> (给出收件人邮箱地址)
S: 250 bob@hamburger.edu ... Recipient ok (收件人合理，给出应答)
C: DATA (客户即将发送数据)
S: 354 Enter mail, end with “.” on a line by itself (服务器准备接受)
C: Do you like ketchup? (邮件内容)
C: How about pickles? (...)
C: . (邮件结束)
S: 250 Message accepted for delivery (服务器成功收到邮件)
C: QUIT (客户即将断开连接)
S: 221 hamburger.edu closing connection (服务器断开连接)

2.5 SMTP与HTTP的对比

	SMTP	HTTP
连接方式	持续连接	持续连接
获取信息方式	推式(PUSH)	拉式(PULL)
交互模式	命令/响应	命令/响应
命令和状态码	ASCII码	ASCII码
对象的封装	多个对象在由多个部分构成的消息中发送	每个对象封装在独立的响应消息中

3. 邮件报文格式与MIME

3.1 电子邮件格式

一个电子邮件分为信封和内容两大部分，邮件内容又分为首部和主体两部分

[RFC 5322]规定了邮件的首部格式，用户要按照格式填写首部内容
主体部分由用户自由撰写(邮件正文)
信封无需用户填写，邮件系统自动从用户填写的首部中提取所需信息并写在信封上

一个典型的邮件内容首部如下

From: alice@crepes.fr
To: bob@hamburger.edu
Subject: Searching for the meaning of life.

邮件内容的首部包含一些首部行，格式为 [关键字：值]，有些关键字是必须的，有些是可选的。最重要的是To：和Subject：

To是必需的关键字，后面填入一个或多个收件人的邮件地址，电子邮件地址的规定格式为：收件人邮箱名@邮箱所在主机的域名，如abc@mail.com，其中收件人邮箱名即用户名，abc在mail.com这个邮件服务器上必须是唯一的
Subject是可选关键字，是邮件的主题，反应了邮件的主要内容
From也是必需的关键字，但它由邮件系统自动填入