（考研湖科大教书匠计算机网络）第六章应用层-第六节：电子邮件

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一：电子邮件

（1）概述

电子邮件（E-mail）：是因特网上最早流行的一种应用，并且仍然是当今因特网上最重要、最实用的应用之一。有别于传统的电话通信，电子邮件与邮政系统的寄信类似

• 发件人将邮件发送到自己使用的邮件服务器;
• 发件人的邮件服务器将收到的邮件按其目的地址转发到收件人邮件服务器中的收件人邮箱;
• 收件人在方便的时候访问收件人邮件服务器中自己的邮箱，获取收到的电子邮件

电子邮件系统采用客户/服务器方式，电子邮件系统由以下三部分构成：

• 用户代理： 是用户与电子邮件系统的接口，又称为电子邮件客户端软件
• 邮件服务器： 是电子邮件系统的基础设施。因特网上所有的ISP都有邮件服务器，其功能是发送和接收邮件，同时还要负责维护用户的邮箱。可以简单地认为邮件服务器中有很多邮箱，还有用来缓存待转发邮件的缓存
• 协议：
  • 邮件发送协议：例如SMTP
  • 邮件读取协议：例如POP3、IMAP

如下图，发送方使用用户代理通过邮件发送协议（如SMTP）将邮件发送给邮件服务器，发送方邮件服务器同样通过邮件发送协议（如SMTP）将该邮件发送给接收方邮件服务器，接收方在方便的时候使用用户代理通过邮件读取协议（例如POP3）从接收方邮件服务器读取邮件

电子邮件使用方便、传递迅速而且费用低廉。它不仅可以传送文字信息，而且还可附上声音和图像由于电子邮件的广泛使用，现在许多国家已经正式取消了电报业务。在我国，电信局的电报业务也因电子邮件的普及而濒临消失

（2）举例

如下图

• 发送方的用户代理作为SMTP客户与发送方邮件服务器中的SMTP服务器进行TCP连接

• 然后基于这条连接，使用SMTP协议来发送邮件到发送方邮件服务器

• 发送方邮件服务器中的SMTP客户与接收方邮件服务器中的SMTP服务器进行TCP连接

• 然后基于这条连接，使用SMTP协议来发送已经收到的待转发邮件给接收方邮件服务器
  

• 接收方的用户代理作为POP3客户，与接收方邮件服务器中的POP3服务器进行TCP连接

• 然后基于这条连接，使用POP3协议从接收方邮件服务器中读取邮件
  

二：简单邮件传送协议SMTP

（1）SMTP基本工作原理

如下图，以发送方邮件服务器使用SMTP协议给接收方邮件服务器发送待转发邮件为例，SMTP客户与服务器之间通过命令与应答的交互方式最终实现SMTP客户发送邮件给SMTP服务器

• 发送方邮件服务器周期性扫描邮件缓存
• 如果发现有待转发邮件，则发送方邮件服务器中的SMTP客户会与接收方邮件服务器中的SMTP服务器进行TCP连接，端口号为25
• 之后，SMTP客户就可以基于这条TCP连接给SMTP服务器发送SMTP命令，共14条
• SMTP服务器也会给SMTP客户发送相应的应答，共21种

过程描述如下

• 当TCP连接建立成功后，SMTP服务器主动推动服务就绪应答给SMTP客户

• 应答代码220后可能跟有描述信息，例如

  • 网易邮件服务器给出的描述信息：220 163.com Anti-spam GT for Coremail System (163com[20141201])
    

• SMTP收到该应答后，向服务器表明身份，告知自己SMTP服务器的域名，具体命令为HELO，其后为命令参数

• SMTP服务器若认为身份有效，则发回应答代码250，否则发回其他代码

  • 例如421表示服务不可用
    

• SMTP客户收到该应答后，使用命令MAIL FROM来告知服务器邮件来自何方

• SMTP服务器若认为合理，则发回应答代码250，否则发回其他代码
  

• SMTP客户收到该应答后，使用命令RCPT TO来告知服务器邮件去往何地，也即收件人邮箱

• SMTP服务器中如果有该收件人邮箱，则发回应答代码250，否则发回其他代码
  

• SMTP客户收到该应答后，使用命令DATA来告知服务器准备发送邮件内容

• SMTP服务器中如果准备好接收，则发回应答代码354，否则发回其他代码
  

• SMTP客户收到该应答后，就向服务器发送邮件内容

• SMTP客户发送完邮件内容后，还要发送结束符

• SMTP如果收件成功，则发回应答代码250，否则发回其他代码
  

• SMTP客户收到该应答后，使用命令QUIT向服务器请求断开连接

• SMTP服务器发回应答代码221表示接受请求并主动断开连接
  

最后需要注意

• 为了简单起见，省略了认证过程
• 应答代码后面一般都跟有简单的描述信息
• 不同的SMTP服务器给出的相同应答代码的描述信息可能不同

（2）MIME

多用途因特网邮件扩展MIME：由于SMTP协议只能传送ASCII码文本数据，不能传送可执行文件或其他的二进制对象，并且SMTP不能满足传送多媒体邮件(例如带有图片、音频或视频数据)的需要，而且许多其他非英语国家的文字(例如中文、俄文、甚至带有重音符号的法文或德文)也无法用SMTP传送。因此提出了多用途因特网邮件扩展MIME

• 增加了5个新的邮件首部字段，这些字段提供了有关邮件主体的信息
• 定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化
• 定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变

三：电子邮件信息格式

电子邮件信息格式：一个电子邮件有信封和内容两部分。而内容又由首部和主体两部分构成。首部和主体的信息需要用户填入，首部中包含一些关键字，后面加上冒号，例如

• From：发件人邮件地址（一般由邮件系统自动填入）
• To（必填）：一个或多个收件人的邮件地址
• Cc：一个或多个收件人以外的抄送人的邮件地址。抄送人收到邮件后，可看可不看、可回可不回邮件
• Subject（必填）：填入邮件主题，反映了邮件的主要内容

用户写好首部后邮件系统自动将信封所需要的信息提取出来并写在信封之上，所以用户无需填写电子邮件信封上的信息。在填写完首部后，用户还需要撰写主体内容，这才是邮件想要传递给收件人的核心信息

四：邮件读取协议

邮件读取协议：常用的邮件读取协议有以下两个

• 邮局协议POP： POP3是其第三个版本，是因特网正式标准，是一个非常简单、功能有限的邮件读取协议。用户只能以下载并删除方式或下载并保留方式从邮件服务器下载邮件到用户方计算机，不允许用户在邮件服务器上管理自己的邮件(例如创建文件夹, 对邮件进行分类管理等)
• 因特网邮件访问协议IMAP： IMAP4是其第四个版本，目前还只是因特网建议标准，是一个功能比POP3强大的邮件读取协议。用户在自己的计算机上就可以操控邮件服务器中的邮箱，就像在本地操控一样， 因此IMAP是一个联机协议

POP3和IMAP4都采用基于TCP连接的客户/服务器方式。POP3使用熟知端口110、IMAP4使用熟
知端口143

五：基于万维网的电子邮件

基于万维网的电子邮件：通过浏览器登录(提供用户名和口令)邮件服务器万维网网站就可以撰写、收发、阅读和管理电子邮件。这种工作模式与IMAP很类似，不同的是用户计算机无需安装专门的用户代理程序，只需要使用通用的万维网浏览器。邮件服务器网站通常都提供非常强大和方便的邮件管理功能，用户可以在邮件服务器网站上管理和处理自己的邮件，而不需要将邮件下载到本地进行管理

如下图，假设用户A和B都使用网易邮件服务器，用户A要给用户B发送邮件。于是用户A使用浏览器登录邮件服务器网站，撰写并发送邮件给用户B，用户B也使用浏览器登录邮件服务器网站，读取收到的邮件。用户A和B在发送和接收邮件时，与服务器之间使用的都是HTTP协议，而不需要使用SMTP和POP3协议

如下图，假设用户A使用网易邮件服务器，用户C使用谷歌邮件服务器。用户A要给用户C发送邮件，于是用户A使用浏览器登录自己的邮件服务器网站，撰写并发送邮件给用户C，使用的是HTTP协议，用户A的邮件服务器使用SMTP将邮件发送给用户C的邮件服务器。用户B也使用浏览器登录自己的邮件服务器网站，读取收到的邮件，使用的是HTTP协议