E-mail概述 | 邮件发送协议SMTP与邮件读取协议POP3、IMAP

电子邮件系统的组成

先来认识一下，一个电子邮件系统应当由这几个主要部分组成——

简洁起见，这里没有画出数量庞大的邮件服务器所组成的网络。从上图可以看出，这里采用常用的SMTP作为邮件发送协议，采用常用的POP3作为邮件读取协议。请注意，SMTP和 POP3 (或IMAP)都是使用TCP连接来传送邮件的，使用TCP的目的是为了可靠地传送 邮件。

用户代理UA(User Agent)

用户代理就是用户与电子邮件系统的接口，在大多数情况下它就是运行在用户电脑中的一个程序。因此用户代理又称为电子邮件客户端软件。
用户代理向用户提供一个很友好的接口（目前主要是窗口界面）来发送和接收邮件。现在可供大家选择的用户代理有很多种。例如，比较受欢迎的Outlook、Foxmail。

用户代理至少应当具有以下4个功能。

• 撰写。给用户提供编辑信件的环境。例如，应让用户能创建便于使用的通讯录（有常用的人名和地址）。回信时不仅能很方便地从来信中提取出对方地址，并自动地将此地址写入到邮件中合适的位置，而且还能方便地对来信提出的问题进行答复（系统自动将来信复制一份在用户撰写回信的窗口中，因而用户不需要再输入来信中的问题）。
• 显示。能方便地在计算机屏幕上显示出来信（包括来信附上的声音和图像)。
• 处理。处理包括发送邮件和接收邮件。收件人应能根据情况按不同方式对来信进行处理。例如，阅读后删除、存盘、打印、转发等，以及自建目录对来信进行分类保存。有时还可在读取信件之前先査看一下邮件的发件人和长度等，对于不愿收的信件可直接在邮箱中删除。
• 通信。发信人在撰写完邮件后，要利用邮件发送协议发送到用户所使用的邮件服务器。收件人在接收邮件时，要使用邮件读取协议从本地邮件服务器接收邮件。

邮件服务器

邮件服务器的功能是发送和接收邮 件，同时还要向发件人报告邮件传送的结果（已交付、被拒绝、丢失等）。邮件服务器按照 客户服务器方式（C/S）工作。邮件服务器需要使用两种不同的协议。一种协议用于用户代理向邮件 服务器发送邮件或在邮件服务器之间发送邮件，如SMTP协议，而另一种协议用于用户代 理从邮件服务器读取邮件，如邮局协议POP3。

这里应当注意，邮件服务器必须能够同时充当客户和服务器。例如，当邮件服务器A向另一个邮件服务器B发送邮件时，A就作为SMTP客户，而B是SMTP服务器。反之，当B向A发送邮件时，B就是SMTP客户，而A就是SMTP服务器。

邮件发送协议

这里以简单邮件传送协议SMTP来讲——
SMTP规定了在两个相互通信的SMTP进程之间应如何交换信息。由于SMTP使用客户服务器方式，因此负责发送邮件的SMTP进程就是SMTP客户，而负责接收邮件的SMTP进程就是SMTP服务器。至于邮件内部的格式，邮件如何存储，以及邮件系统应以多快的速度来发送邮件，SMTP也都未做出规定。

发件人的邮件送到发送方邮件服务器的邮件缓存后，SMTP客户就每隔一定时间对邮件缓存扫描一次。如发现有邮件，就使用SMTP的熟知端口号码25与接收方邮件服务器的SMTP服务器建立TCP连接。
在连接建立后，接收方SMTP服务器要发出“220 Service ready”（服务就绪）。然后SMTP客户向SMTP服务器发送HELO命令，附上发送方的主机名。SMTP服务器若有能力接收邮件，则回答：“250 OK”，表示已准备好接收。若SMTP服务器不可用，则回答“421 Service not available”（服务不可用）。如在一定时间内发送不了邮件，邮件服务器会把这个情况通知发件人。

SMTP不使用中间的邮件服务器。不管发送方和接收方的邮件服务器相隔有多远，不管在邮件传送过程中要经过多少个路由器，TCP连接总是在发送方和接收方这两个邮件服务器之间直接建立。当接收方邮件服务器出故障而不能工作时，发送方邮件服务器只能等待一段时间后再尝试和该邮件服务器建立TCP连接，而不能先找一个中间的邮件服务器建立TCP连接。

邮件的传送从MAIL命令开始。MAIL命令后面有发件人的地址。如：MAIL FROM:[email protected]。若SMTP服务器己准备好接收邮件，则回答“250 OK”。否则，返回一个代码，指出原因。

451(处理时出错），452(存储空间不够），500(命令无法识别）。

下面跟着一个或多个RCPT命令(recipient收件人的缩写)，取决于把同一个邮件发送给一个或多个收件人。其格式为RCPT TO：<收件人地址>。RCPT命令的作用就是：先弄清接收方系统是否己做好接收邮件的准备，然后才发送邮件。这样做是为了避免浪费通信资源，不至于发送了很长的邮件以后才知道地址错误。
每发送一个RCPT命令，都应当有相应的信息从SMTP服务器返回，如：“250 OK”，表示指明的邮箱在接收方的系统中，或“550 No such user here”（无此用户），即不存在此邮箱。

再下面就是DATA命令，表示要开始传送邮件的内容了。SMTP服务器返回的信息是：“354 Start mail input; end with.”。这里是“回车换行”的意思。若不能接收邮件，则返回421(服务器不可用），500(命令无法识别）等。
接着SMTP客户就发送邮件的内容。发送完毕后，再发送.(两个回车换行中间用一个点隔开）表示邮件内容结束。实际上在服务器端看到的可打印字符只是一个英文的句点。若邮件收到了，则SMTP服务器返回信息“250 OK”，或返回差错代码。

最后，邮件发送完毕后，SMTP客户应发送QUIT命令。SMTP服务器返回的信息是“221(服务关闭）”，则表示SMTP同意释放TCP连接。邮件传送的全部过程即结束。

这里再强调一下，使用电子邮件的用户看不见以上这些过程，所有这些复杂过程都被电子邮件的用户代理屏蔽了。

邮件读取协议

现在常用的邮件读取协议有两个，即邮局协议第3个版本POP3和网际报文存取协议
IMAP (Internet Message Access Protocol)。

POP3

邮局协议POP是一个非常简单、但功能有限的邮件读取协议。邮局协议POP最初公布于1984年。经过几次更新，现在使用的是1996年的版本POP3 [RFC 1939]，它己成为互联网的正式标准。

在接收邮件的用户计算机中的用户代理必须运行POP3客户程序，而在收件人所连接的邮件服务器中则运行POP3服务器程序。当然，这个邮件服务器还必须运行SMTP服务器程序，以便接收发送方邮件服务器的SMTP客户程序发来的邮件。P0P3服务器只有在用户输入鉴别信息（用户名和口令）后，才允许对邮箱进行读取。

**POP3协议的一个特点就是只要用户从POP3服务器读取了邮件，POP3服务器就把该邮件删除。**这在某些情况下就不够方便。例如，某用户在办公室的台式计算机上接收了一个邮件，还来不及写回信，就马上携带笔记本电脑出差。当他打开笔记本电脑写回信时，POP3服务器上却己经删除了原来己经看过的邮件（除非他事先将这些邮件复制到笔记本电脑中）。为了解决这一问题，POP3进行了一些功能扩充，其中包括让用户能够事先设置邮件读取后仍然在POP3服务器中存放的时间[RFC2449]。目前RFC2449是互联网建议标准。

IMAP

另一个读取邮件的协议是网际报文存取协议IMAP，它比POP3复杂得多。IMAP和POP都按客户服务器方式工作，但它们有很大的差别。现在较新的版本是2003年3月修订的版本4，即IMAP4[RFC3501]，它目前也是互联网的建议标准。不过在习惯上，对这个协议大家很少加上版本号“4”，而经常简单地用IMAP表示IMAP4。但是对POP3却不会忘记写上版本号“3"。

在使用IMAP时，在用户的计算机上运行IMAP客户程序，然后与接收方的邮件服务器上的IMAP服务器程序建立TCP连接。用户在自己的计算机上就可以操纵邮件服务器的邮箱，就像在本地操纵一样，因此IMAP是一个联机协议。

当用户计算机上的IMAP客户程序打开IMAP服务器的邮箱时，用户就可看到邮件的首部。若用户需要打开某个邮件，则该邮件才传到用户的计算机上。用户可以根据需要为自己的邮箱创建便于分类管理的层次式的邮箱文件夹，并且能够将存放的邮件从某一个文件夹中移动到另一个文件夹中。用户也可按某种条件对邮件进行查找。在用户未发出删除邮件的命令之前，IMAP服务器邮箱中的邮件一直保存着。

IMAP最大的好处就是用户可以在不同的地方使用不同的计算机（例如，使用办公室的计算机、或家中的计算机，或在外地使用笔记本电脑）随时上网阅读和处理自己在邮件服务器中的邮件。

IMAP还允许收件人只读取邮件中的某一个部分。例如，收到了一个带有视像附件（此文件可能很大）的邮件，而用户使用的是无线上网，信道的传输速率很低。为了节附件（此文件可能很大）的邮件，而用户使用的是无线上网，信道的传输速率很低。为了节省时间，可以先下载邮件的正文部分，待以后有时间再读取或下载这个很大的附件。

IMAP的缺点是如果用户没有将邮件复制到自己的计算机上，则邮件一直存放在IMAP服务器上。要想查阅自己的邮件，必须先上网。

POP3与IMAP的对比

基于万维网的电子邮件

从前面的图可看出，用户要使用电子邮件，必须在自己使用的计算机中安装用户代理软件UA。如果外出到某地而又未携带自己的笔记本电脑，那么要使用别人的计算机进行电子邮件的收发，将是非常不方便的。

现在这个问题解决了。在20世纪90年代中期，Hotmail推出了基于万维网的电子邮件(Webmail)。今天，几乎所有的著名网站以及大学或公司，都提供了万维网电子邮件。常用的万维网电子邮件有谷歌的Gmail，微软的Hotmail，雅虎的Yahoo Mail。网易的163或126、新浪的sina等互联网技术公司也都提供万维网邮件服务。

万维网电子邮件的好处就是：不管在什么地方（在任何一个国家的网吧、宾馆或朋友家中），只要能够找到上网的计算机，在打开任何一种浏览器后，就可以非常方便地收发电子邮件。使用万维网电子邮件不需要在计算机中再安装用户代理软件。浏览器本身可以向用户提供非常友好的电子邮件界面（和原来的用户代理提供的界面相似），使用户在浏览器上就能够很方便地撰写和收发电子邮件。

你曾经接收和发送过的邮件、己删除的邮件以及你的通讯录等内容，都照常呈现在屏幕上。我们知道，用户在浏览器中浏览各种信息时需要使用HTTP协议。因此，在浏览器和互联网上的邮件服务器之间传送邮件时，仍然使用HTTP协议。但是在各邮件服务器之间传送邮件时，则仍然使用SMTP协议。

补充与思考

1. 前面的知识告诉我们，有两种不同的通信方式：“推”（push)：SMTP客户把邮件“推”给SMTP服务器。“拉”（pull)：POP3客户把邮件从POP3服务器“拉”过来。
   你可能会想到这样的问题：如果让邮件服务器程序就在发送方和接收方的计算机中运行，那么岂不是可以直接把邮件发送到收件人的计算机中？
   ——
   答案是“不行”。这是因为并非所有的计算机都能运行邮件服务器程序。有些计算机可能没有足够的存储空间来运行允许程序在后台运行的操作系统，或是可能没有足够的CPU能力来运行邮件服务器程序。
   更重要的是，邮件服务器程序必须不间断地运行，每天24小时都必须不间断地连接在互联网上，否则就可能使很多外面发来的邮件无法接收。
   这样看来，让用户的计算机运行邮件服务器程序显然是很不现实的（一般用户在不使用计算机时就将机器关闭）。让来信暂时存储在用户的邮件服务器中，而当用户方便时就从邮件服务器的用户信箱中读取来信，则是一种比较合理的做法。

2. 虽然SMTP使用TCP连接试图使邮件的传送可靠，但“发送成功”并不等于“收件人读取了这个邮件”。
   ——
   当一个邮件传送到接收方的邮件服务器后（即接收方的邮件服务器收下了这个邮件），再往后的情况如何，就有好几种可能性。接收方的邮件服务器也可能接着就出了故障，使收到的邮件全部丢失（在收件人读取信件之前）》也可能被邮件服务器的软件当作垃圾邮件删除了。也可能收件人在清理自己的邮箱时，把尚未读取的邮件一起都删除了。有时收件人由于某种原因，很久没有查阅自己的邮箱，根本不知道自己的邮箱中有一些来信。因此，一个邮件即使是“发送成功”，收件人也不一定会读取到这个邮件。尽管如此，基于SMTP的电子邮件通常都被认为是可靠的。

3. 己经广泛使用多年的SMTP存在着一些缺点。例如，发送电子邮件不需要经过鉴别。这就是说，在FROM命令后面的地址可以任意填写。这就大大方便了垃圾邮件的作者，给收信人添加了麻烦。又如，SMTP本来就是为传送ASCII码而不是传送二进制数据设计的。虽然后来有了MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）可以传送二进制数据，但在传送非ASCII码的长报文时，在网络上的传输效率是不高的。此外，SMTP传送的邮件是明文，不利于保密。
   ——
   为了解决上述问题，2008年10月颁布的RFC 5321对SMTP进行了扩充，成为扩充的SMTP（Extended SMTP）,记为ESMTP。RFC 5321在许多命令中增加了扩展的参数。新增加的功能有：客户端的鉴别，服务器接受二进制报文，服务器接受分块传送的大报文，发送前先检査报文的大小，使用安全传输TLS，以及使用国际化地址等。
   考虑到现在的许多SMTP邮件服务器可能还没有升级到ESMTP，因此特规定使用ESMTP的客户端在准备传送报文时，不是发送HELO而是发送EHLO报文。如果EHLO报文被对方服务器端拒绝，就表明对方仍然是一个标准的SMTP邮件服务器（不使用扩展的参数），因而就要按照原来使用的SMTP参数进行邮件的传送。如果EHLO报文被接受了，那么客户端就可以使用ESMTP扩展的参数传送报文了。

4. 有兴趣的话，可以来了解下MIME与SMTP的关系。

摘抄于文献

• 《计算机网络》谢希仁. pdf版