(转)电子邮件收发原理和实现(POP3, SMTP)

1.1.电子邮件的收发流程示意图：

 

 

 

 

相对于邮件客户端的流程就是：

 

 

 

 

 

1.2.邮件接收——POP3协议
POP3（Post Office Protocol 3，邮局协议版本3）主要用于支持使用客户端远程管理在服务器上的电子邮件。该协议是在RFC-1939中定义的，是Internet上的大多数人用来接收邮件的机制。POP3采用Client/Server工作模式，默认使用TCP 110端口。

• 在使用POP协议时，人们熟悉的很多功能，如查看收到了多少新邮件消息的功能，POP根本不支持。这些功能都内置到诸如Eudora或 Microsoft Outlook之类的邮件程序中，能为您记住接收的上一封邮件，以及计算有多少新邮件这类信息。因此，如果想获取这类信息，将需要由自己进行计算。
  [详细请参考wiki的解析：http://zh.wikipedia.org/wiki/POP3 ]

<POP3状态图>

 

 

 <POP3常用命令表>

• 对大小写不敏感，以CRLF作为结束
  [详细可参考RFC1939协议，http://www.rfc-ref.org/RFC-TEXTS/1939/contents.html ]

命令可能的返回值

OK <描述> 成功
ERR <描述> 失败

 

<POP3工作原理>
1) 客户端使用TCP协议连接邮件服务器的110端口；
2) 客户端使用USER命令将邮箱的账号传给POP3服务器；
3) 客户端使用PASS命令将邮箱的账号传给POP3服务器；
4) 完成用户认证后，客户端使用STAT命令请求服务器返回邮箱的统计资料；
5) 客户端使用LIST命令列出服务器里邮件数量；
6) 客户端使用RETR命令接收邮件，接收一封后便使用DELE命令将邮件服务器中的邮件置为删除状态；
7) 客户端发送QUIT命令，邮件服务器将将置为删除标志的邮件删除，连接结束。
（注：客户端UA可以设定将邮件在邮件服务器上保留备份，而不将其删除。）

一个基本实现(C++)：
暂无

1.3.邮件发送——SMTP协议
SMTP（Simple Message Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是用于传送电子邮件的机制。该协议是在RFC-821中定义的。采用Client/Server工作模式，默认使用TCP 25端口。
[详细请参考wiki的解析：http://zh.wikipedia.org/wiki/SMTP ]

<SMTP状态图>

 

 

 <SMTP常用命令表>

• 对大小写不敏感，以CRLF作为结束
  [详细可参考RFC821协议，中文版链接地址：http://www.5dmail.net/rfc/RFC821.txt ]命令可能的返回值

命令可能的返回值

500 格式错误，命令不可识别（此错误也包括命令行过长）
501 参数格式错误
502 命令不可实现
503 错误的命令序列
504 命令参数不可实现
211 系统状态或系统帮助响应
214 帮助信息
220 <domain> 服务就绪
221 <domain> 服务关闭传输信道
421 <domain> 服务未就绪，关闭传输信道（当必须关闭时，此应答可以作为对任何命令的响应）
250 要求的邮件操作完成
251 用户非本地，将转发向<forward-path>
450 要求的邮件操作未完成，邮箱不可用（例如，邮箱忙）
550 要求的邮件操作未完成，邮箱不可用（例如，邮箱未找到，或不可访问）
451 放弃要求的操作；处理过程中出错
551 用户非本地，请尝试<forward-path>
452 系统存储不足，要求的操作未执行
552 过量的存储分配，要求的操作未执行
553 邮箱名不可用，要求的操作未执行（例如邮箱格式错误）
354 开始邮件输入，以<CRLF>.<CRLF>结束
554 操作失败

 

1.2 .几个术语
1.2.1. 邮件
邮件是一种消息的格式，由信封、首部和正文组成。

信封上最重要的是收信人的地址。邮件服务器用这个地址将邮件发送到收信人所在的邮件服务器上。

首部是由用户代理或邮件服务器添加的一些信息。包括Received、Message-ID、From、Data、Reply-To、X-Phone、X-Mailer、To和Subject等字段。

正文是是发送用户发给接收用户报文的内容。RFC 822 规定正文为NVT ASCII文字行。

更为详细的说明，请参考RFC821和RFC822等协议。

 

1.2.2. 用户代理
用户代理UA（User Agent）是用户与电子邮件系统的交互接口，一般来说它就是我们PC机上的一个程序。Windows上常见的用户代理是Foxmail和Outlook Express。

用户代理提供一个好的用户界面，它提取用户在其界面填写的各项信息，生成一封符合SMTP等邮件标准的邮件，然后采用SMTP协议将邮件发送到发送端邮件服务器。

 

1.2.3. 邮件服务器
邮件服务器是电子邮件系统的核心，它用来发送和接收邮件。邮件服务器不同于普通PC的是它几乎是全天工作的，所以它可以在任何时候为用户提供服务，后面将提到这正是为什么需要邮件服务器的一个重要原因。很多ISP都提供免费的邮件服务器，如126提供smtp.126.com邮件服务器。

邮件服务器向其它邮件服务器转发邮件也是采用SMTP协议。

1.2.4. SMTP和邮件格式的关系
如前所述，SMTP是客户机向服务器发送邮件时所使用的协议，其核心是2.2中所述的命令和响应，至于它命令和响应中所带的参数采用什么格式，则是依赖于其他标准的。例如DATA后所带的参数，则应遵循邮件格式标准RFC822．

SMTP和邮件格式的关系可用这么一个例子来说明。甲与乙书信往来，甲通过邮局向乙发信，邮局间转交邮件可看成使用了SMTP协议，至于书信的格式则会因为地区习惯等的不同而不同（中国人的书信格式和美国人的书信格式不同），这个书信格式则可看成是邮件格式标准。

应当认识到不能孤立地看待协议，各个协议之间往往存在着耦合关系，但为了分析方便，我们在具体叙述某个协议时，只能抓住主要矛盾——主要阐述单个协议。

 

1.2.5. 浏览器发送邮件用的什么协议
浏览器如IE、Maxthon可通过登陆用户邮箱，来收发邮件，这是怎样实现的？例如[e-mail]可通过登陆www.126.com来收发邮件。

这个过程是这样的：[e-mail]在www.126.com提供的邮件页面上填写的相应信息（如发信人邮箱、收信人邮箱等），通过http协议被提交给126服务器；126服务器根据这些信息组装一封符合邮件规范的邮件（就像用户代理一样）；然后smtp.126.com通过SMTP协议将这封邮件发送到接收端邮件服务器。

可以看出，浏览器发送邮件只是用户代理的功能直接放到邮件服务器上去做了，至于邮件服务器间发送邮件还是采用的SMTP协议。我们看问题，如果有必要还是要适当地透过现象看本质。

 

1.3. 邮件的收发过程
一般情况下，一封邮件的发送和接收过程如下。

1) 发信人在用户代理里编辑邮件，包括填写发信人邮箱、收信人邮箱和邮件标题等等。

2) 用户代理提取发信人编辑的信息，生成一封符合邮件格式标准（RFC822）的邮件。

3) 用户代理用SMTP将邮件发送到发送端邮件服务器（即发信人邮箱所对应的邮件服务器）。

4) 发送端邮件服务器用SMTP将邮件发送到接收端邮件服务器（即收信人邮箱所对应的邮件服务器）。

5) 收信人调用用户代理。用户代理用POP3协议从接收端邮件服务器取回邮件。

6) 用户代理解析收到的邮件，以适当的形式呈现在收信人面前。

 

<SMTP工作原理>
SMTP，即简单邮件传送协议，所对应RFC文档为RFC821。同http等多数应用层协议一样，它工作在C/S模式下，用来实现因特网上的邮件传送。SMTP在整个电子邮件通信中所处的位置如图所示。

可以看出，SMTP是用来将客户机上的邮件传送到服务器上。这里的客户机是指某次连接中的发送方，服务器是指相应的接收方。在讲解发送邮件的整个通信过程前，先解释一下面几个术语。

2.1. 通信过程
一个具体的SMTP通信（如发送端邮件服务器与接收端服务器的通信）的过程如下。

1) 发送端邮件服务器（以下简称客户端）与接收端邮件服务器（以下简称服务器）的25号端口建立TCP连接。

2) 客户端向服务器发送各种命令，来请求各种服务（如认证、指定发送人和接收人）。

3) 服务器解析用户的命令，做出相应动作并返回给客户端一个响应。

4) 2)和3)交替进行，直到所有邮件都发送完或两者的连接被意外中断。

从这个过程看出，命令和响应是SMTP协议的重点，下面将予以重点讲述。

2.2. 命令和响应
2.2.1. 格式
SMTP的命令不多（14个），它的一般形式是：COMMAND [Parameter] <CRLF>。其中COMMAND是ASCII形式的命令名，Parameter是相应的命令参数，<CRLF>是回车换行符(0DH, 0AH)。

SMTP的响应也不复杂，它的一般形式是：XXX Readable Illustration。XXX是三位十进制数；Readable Illustration是可读的解释说明，用来表明命令是否成功等。XXX具有如下的规律：以2开头的表示成功，以4和5开头的表示失败，以3开头的表示未完成（进行中）。

2.2.2. 一个例子
命令和响应的格式是语法，各命令和响应的意思则是语义，各命令和各响应在时间上的关系则是同步。下面将通过一个简单的SMTP通信过程来说明协议的这三个要素。

C：telnet smtp.126.com 25 /　以telnet方式连接126邮件服务器　/

S：220 126.com Anti-spam GT for Coremail System (126com[071018])　/ 220为响应数字，其后的为欢迎信息，会应服务器不同而不同/

C：HELO smtp.126.com / HELO 后用来填写返回域名（具体含义请参阅RFC821），但该命令并不检查后面的参数/

Ｓ：250 OK

C: MAIL FROM: [e-mail] / 发送者邮箱 /

S：250 … ./ “…”代表省略了一些可读信息 /

C：RCPT TO: [e-mail]　/ 接收者邮箱 /

S：250 … ./ “…”代表省略了一些可读信息 /

C：DATA / 请求发送数据 /

S：354 Enter mail, end with "." on a line by itself

C：Enjoy Protocol Studing

C：.

S：250 Message sent

C：QUIT / 退出连接 /

S：221 Bye

 

分析上面的过程可参考注释进行，这里要补充如下几点。

1) “C：”开头的行(不包括"C：")是客户端的输入，而以“S：”开头的行(不包括"S：")则是服务器的输出。

2) 上述的命令并不一定会一次性成功，服务器会返回错误响应，客户端应该按照协议规定的时序，来输入后续的命令（或重复执行失败的命令，或重置会话，或退出会话等等）。

 

2.2.3. 常用命令
SMTP命令不区分大小写，但参数区分大小写，有关这方面的详细说明请参考RFC821。常用的命令如下。

HELO <domain> <CRLF>　　向服务器标识用户身份发送者能欺骗，说谎，但一般情况下服务器都能检测到。

MAIL FROM: <reverse-path> <CRLF>　　<reverse-path>为发送者地址，此命令用来初始化邮件传输，即用来对所有的状态和缓冲区进行初始化。

RCPT TO：<forward-path> <CRLF>　　<forward-path>用来标志邮件接收者的地址，常用在MAIL FROM后，可以有多个RCPT TO。

DATA <CRLF>　　将之后的数据作为数据发送，以<CRLF>.<CRLF>标志数据的结尾。

REST <CRLF>　　重置会话，当前传输被取消。

NOOP <CRLF>　　要求服务器返回OK应答，一般用作测试。

QUIT <CRLF>　　结束会话。

VRFY <string> <CRLF>　　验证指定的邮箱是否存在，由于安全方面的原因，服务器大多禁止此命令。

EXPN <string> <CRLF>　　验证给定的邮箱列表是否存在，由于安全方面的原因，服务器大多禁止此命令。

HELP <CRLF>　　查询服务器支持什么命令。

 

2.2.4. 常用响应
常用的响应如下所示，数字后的说明是从英文译过来的。更详细的说明请参考RFC821。

501 参数格式错误

502 命令不可实现

503 错误的命令序列

504 命令参数不可实现

211 系统状态或系统帮助响应

214 帮助信息

220＜domain＞服务就绪

221＜domain＞服务关闭

421＜domain＞服务未就绪，关闭传输信道

250 要求的邮件操作完成

251 用户非本地，将转发向＜forward-path＞

450 要求的邮件操作未完成，邮箱不可用

550 要求的邮件操作未完成，邮箱不可用

451 放弃要求的操作；处理过程中出错

551 用户非本地，请尝试＜forward-path＞

452 系统存储不足，要求的操作未执行

552 过量的存储分配，要求的操作未执行

553 邮箱名不可用，要求的操作未执行

354 开始邮件输入，以"."结束

554 操作失败

 

3.1上传附件

 

3.2解析附件

关键是理解邮件的格式问题，关于邮件大的格式可以这样的看。在outlook中把邮件另存为.eml的文件，然后用记事本打开就可以看到邮件的格式了。
其中可以分为邮件头信息，和邮件体信息。而每个邮件体是有多个段构成的，每个段都标识了自己是什么内容以及使用什么格式存储的。

下面做一下具体的说明：
邮件头中有这样的一段（包括空）：
Content-Type: multipart/related;
type="multipart/alternative";
boundary="----=_NextPart_000_0055_01C31A04.A7752710"

其中 ----=_NextPart_000_0055_01C31A04.A7752710 表示对于每一段的分隔标志不过在一段开始标志是 "--"＋"分隔标志"，这段的结束用"--"＋"分隔标志"＋"--""表示。而每段的内容又可以有自己的子段。例如：
------=_NextPart_000_0055_01C31A04.A7752710
Content-Type: multipart/alternative;
boundary="----=_NextPart_001_0056_01C31A04.A776ADB0"

这段表示子段的分隔符是----=_NextPart_001_0056_01C31A04.A776ADB0，下面看一下其中一个子段的内容。
------=_NextPart_001_0056_01C31A04.A776ADB0
Content-Type: text/plain;
charset="gb2312"
Content-Transfer-Encoding: base64

IA0KDQogICAgICC49iDIyyC88iDA+g0KICAgICANCg0KDQoNCiAgICAgINDVIMP7o7og1cXP6A0K
DQogICAgICDQ1CCx8KO6IMTQDQoNCiAgICAgILP2yfrI1cbao7oxOTc5LzEyLzEwDQoNCiAgICAg
ILunIL/ao7ogtPPBrA0KDQogICAgICDEv8ewxOrQvaO6Ms3yyMvD8bHSDQoNCiAgICAgILmk1/e+
rdHpo7rSu8TqDQoNCiAgICAgILXn19PTyrz+o7praWx4eUBob3RtYWlsLmNvbQ0KDQogICAgICC1
5yAgICC7sKO6MTM4NDI2MjAxMDANCg0KICAgICAguPbIy9b30rOjusGsvdMNCg0KICAgICAgyO28

其中
Content-Type: text/plain;表示该段为文本类型，也就是说邮件以普通文本类性浏览的时候是这段内容。
charset="gb2312"       表示给段文本的编码为gb2312
Content-Transfer-Encoding: base64 表示该段的内容是以base64的编码存储的。
下面的乱码就是以base64格式存促的该具体内容。

再看另一段

------=_NextPart_000_0055_01C31A04.A7752710
Content-Type: image/gif;
name="clip_image003.gif"
Content-Transfer-Encoding: base64
Content-ID: <005301c319c1$993f9790$0b00a8c0@zhx>

R0lGODlhCgABAHcAMSH+GlNvZnR3YXJlOiBNaWNyb3NvZnQgT2ZmaWNlACH5BAEAAAAALAAAAAAB
AAEAgAAAAAECAwICRAEAOw==

Content-Type: image/gif;表示该段内容是以.gif为结尾的图片。
name="clip_image003.gif"表示文件名
Content-Transfer-Encoding: base64 该段的编码
Content-ID: <005301c319c1$993f9790$0b00a8c0@zhx> 标识了该附件在邮件内的唯一表示，该标识可以在邮件以html格式发送时显示图片的url所用，例如要在邮件中显示这副图片可以这样<IMG src="cid:005101c319c1$993f9790$0b00a8c0@zhx">。

其中 Content-Type:类型的值不是随便写的下面是一些常见文件扩展名所对应关系。
  扩展名　　　格式
   
  ".gif" --->"image/gif" 
   
  ".gz" --->"application/x-gzip"
   
  ".htm" --->"text/html" 
   
  ".html" --->"text/html" 
   
  ".jpg" --->"image/jpeg" 
   
  ".tar" --->"application/x-tar" 
   
  ".txt" --->"text/plain" 
   
  ".zip" --->"application/zip

 

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