3 分钟带你了解一封邮件的发送过程

背景

我们常使用邮件客户端，如 Foxmail 、Outlook 等收发邮件。大家应该了解邮件协议基础知识吧，发送邮件是通过 SMTP 协议完成，收取邮件则走的是 POP3 协议。由于工作原因，笔者曾对邮件协议的通信过程进行过完整的分析，这里整理下邮件协议的通信过程，以巩固对通信协议的理解。

协议是什么

我曾经做过一个基于 UDP 字节序列的应用：两个进程【一个用 Java 开发，另一个 是C++ 进程】之间，通过逐个解析 UDP 数据包中的字节数据完成通信业务，最小业务数据单位是比特。

大概的流程是这样子的：

1. 循环读取 UDP 数据包
2. 先取出第一个字节
3. 再读取这个字节的前 2 个 bit 数据，它代表某一种业务类型
4. 紧接着的 6 比特代表业务数据总长度
5. 再循环读取第二个字节以后的数据，直到达到总长度

很多年过去了，已经忘记了那个应用的具体功能，但是对 UDP 字节数据的解析流程依然清晰。它让我理解了什么是协议，这其实就是一种基于简单处理规则的通信协议，也算是一种自定义的应用层协议了吧。

由此推及到 OSI 七层模型中的其他协议，它们跟这种简单约定类似，只不过通信规则更复杂一些！

SMTP 协议基础

SMTP 全称为「 Simple Mail Transfer Protocol 」，这是来自百度百科的解释：

SMTP 是一个相对简单的基于文本的协议。在其之上指定了一条消息的一个或多个接收者（在大多数情况下被确认是存在的），然后消息文本会被传输。可以很简单地通过telnet 程序来测试一个SMTP服务器。SMTP 使用 TCP 端口 25，要为一个给定的域名决定一个 SMTP 服务器，需要使用 MX (Mail eXchange) DNS。

先来了解一下 SMTP 的状态码和命令集：

接着，我们来看看对 Foxmail 发送邮件的抓包分析。报文中，包含状态码的是邮件服务器响应的内容，命令则是客户端发起的。

认证

一个 SMTP 通信是由客户端发起连接邮件服务器开始的，这是我截取到的解析后的通信内容：

这里用到的关键命令是 EHLO 和 AUTH LOGIN，用来发起会话和身份认证， 客户端连接上服务器后的通信过程为：

1. 服务器回复 220 状态码，告知客户端它已经准就绪；
2. 客户端发送 EHLO 命令；
3. 服务器回复 250 ，表示欢迎；
4. 服务器又回复一堆 250（对应中间那几步）；
5. 客户端发起 AUTH LOGIN 身份认证；
6. 服务器回应 334 等待客户发送认证信息；
7. 客户端发送认证信息的密文数据，如此两次密文通信；
8. 服务器回复 235 认证成功，身份认证流程完成。

准备

身份认证成功后，客户端向服务器端发送发件箱、所有收件箱地址，服务器验证无误后回复 250 OK。

数据发送

邮件正文发送的过程：

1. 客户端发送 DATA 命令；
2. 服务端回复 354 状态码，告知客户端可以发送邮件内容；
3. 客户端开始发送邮件正文；
4. 服务器端回复 250 ；
5. 客户端发送 QUIT 命令结束会话；
6. 服务器回复 221，告诉客户端它正在关闭传输通道。

总结

以上就是一封邮件所经历的完整过程，像是客户端和服务器隔空喊话一样，每一步都有问有答、井然有序。这么看一遍，发现通信协议还是蛮有意思的，这大概是应用层协议的一般思路吧，定义业务规则和状态码，按照双方约定好的流程进行通话。

理解这个过程后，如果工作中碰到需要进行通信的时候，可以参考网络协议的设计思路，实现基于 Socket 的通信业务应该是不复杂的！