计算机网络 | 应用层（3）-- 因特网中的电子邮件
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目录
3. 因特网中的电子邮件
3.1 电子邮件系统
典型邮件发送过程
3.2 SMTP
Alice 向 Bob 发送邮件步骤
SMTP 通信过程
SMTP 特性
邮件报文格式
邮件访问协议
POP3
IMAP
HTTP
3. 因特网中的电子邮件
3.1 电子邮件系统
电子邮件系统主要由三个部分组成：
- 用户代理 (user agent)：用户撰写完邮件后，用户代理将邮件发送至邮件服务器，并放入服务器的外出报文队列 (Outgoing message queue)；当用户阅读邮件时，用户代理从邮件服务器的指定邮箱中获取报文。
- 邮件服务器 (mail server)：用于存放邮件，每个用户在邮件服务器上都拥有一个用户邮箱 (user mailbox)，服务器负责管理和维护发送给用户的报文。同时，邮件服务器既要将邮件发送到指定服务器，也要接收邮件，兼具 SMTP 客户端和服务端的双重角色。
- SMTP：作为应用层协议，SMTP 采用 TCP 可靠数据传输服务。
典型邮件发送过程
邮件从发送方的用户代理出发，先传输到发送方的邮件服务器，接着再传递到接收方的邮件服务器，最后分发至接收方的邮箱。例如当 Bob 要读取邮箱中的报文时，包含其邮箱的邮件服务器会通过用户名和口令进行身份鉴别。
如果 Alice 的邮件服务器无法将邮件交付给 Bob 的服务器，会将该报文保留在报文队列（message queue）中，并尝试重新发送，一般每 30 分钟左右尝试一次。若几天后仍未成功送达，服务器将删除该报文，并以电子邮件的形式通知发送方 Alice。
3.2 SMTP
SMTP 主要用于实现从发送方邮件服务器到接收方邮件服务器的报文传输。
Alice 向 Bob 发送邮件步骤
- Alice 调用用户代理，填写 Bob 的邮件地址，撰写邮件后指示用户代理发送。
- Alice 的用户代理将报文发送至她的邮件服务器，并置于报文队列中。
- Alice 邮件服务器上的 SMTP 客户端发现队列中的报文后，与 Bob 邮件服务器上的 SMTP 服务器建立 TCP 连接。
- 完成初始 SMTP 握手后，SMTP 客户端通过 TCP 连接发送 Alice 的报文。
- Bob 邮件服务器上的 SMTP 服务端接收报文，并将其存入 Bob 的用户邮箱。
- Bob 在方便时调用用户代理读取邮件。
SMTP 通信过程
- SMTP 客户端尝试与 SMTP 服务器的 25 端口建立 TCP 连接，若服务器未启动，客户端后续会再次尝试连接。
- 连接建立后，SMTP 客户端和服务端在传输信息前会进行握手，客户端在握手时指明发送方和接收方的邮件地址。
- 握手完成后，客户端发送报文。
- 若客户端还有其他报文需发送至该服务器，可在同一 TCP 连接上重复上述操作；若无，则指示 TCP 关闭连接 。
- 例子：客户的主机名为crepes, fr,服务器的主机名为hamburger. eduo以C：开头的ASCII码文本行正是客户交给其TCP套接字的那些行，以S：开头的ASCII码则是服务器发送给其TCP套接字的那些行。一旦创建了 TCP连接，就开始了下列过程
SMTP 特性
- 持续连接：当发送邮件服务器有多个报文需发往同一接收邮件服务器时，可通过同一个 TCP 连接完成所有报文的发送。每个报文以新的
MAIL FROM: crepes, fr开头，以独立句点表示邮件结束，所有邮件发送完毕后发送QUIT命令。 - 与 HTTP 对比
- 传输模式：SMTP 是推协议，即发送邮件服务器主动将文件推向接收邮件服务器；HTTP 是拉协议，用户从 Web 服务器获取信息。
- 数据格式：SMTP 要求每个报文（包括报文主体）采用 7 比特 ASCII 码格式，而 HTTP 数据无此限制。
- 传输方式：HTTP 可能为网页中的每个对象分别发送一个请求，SMTP 则将所有报文对象整合在一个报文中传输。
邮件报文格式
- 首部：
From首部行：必填项。To首部行：必填项。Subject首部行：可选项。- 其他可选首部行。
- 报文体：采用 ASCII 码格式。
邮件访问协议
POP3
POP3 协议的工作流程分为三个阶段：
- 特许阶段：用户代理以明文形式发送用户名和口令，用于用户身份鉴别。
- 事务处理阶段：用户代理获取报文，并可进行下载、标记删除、取消删除标记、获取邮件统计信息等操作。
- 更新阶段：用户代理发送结束命令，会话终止，邮件服务器删除标记为删除的报文。
POP3 存在的缺陷：用户虽能将邮件下载到本地并创建文件夹管理，但该协议不支持在远程创建文件夹并对报文进行归类。这导致用户在不同设备上使用时，需重新创建文件夹管理邮件，操作较为繁琐。
IMAP
相较于 POP3，IMAP 有以下改进：
- 服务器将每个邮件报文与文件夹关联，支持用户创建文件夹、移动邮件，还提供在文件夹中阅读、删除邮件以及查询邮件的功能。
- 允许用户代理按需获取邮件报文的部分内容，避免下载如含音频或视频等大容量邮件的全部内容。
HTTP
用户使用普通浏览器作为用户代理，通过 HTTP 从邮件服务器获取邮件，也使用 HTTP 将邮件发送至邮件服务器。不过，邮件服务器之间仍采用 SMTP 协议进行通信。