Internet 应用 - 电子邮件服务

Internet 应用- 电子邮件服务

电子邮件系统

电子邮件系统的基本概念电子邮件系统及其协议报文传输代理MTA及SMTP

邮件用户代理及POP3

报文协议RFC822

多用途Internet报文扩展协议MIME

电子邮件系统的基本概念 1972 年 BBN 的 Ray Tomlinson 发明电子邮件系统

并采用 @ 符号。电子邮件系统要求每个用户有一个email 地址。 Internet 上 emailemail 地址地址的形式是：用用户名户名 @@ 主机域名主机域名这里 @@ 念作念作““ at”at” ，意思为“在”。

@ 左边是用户名或用户所使用的电子邮箱名电子邮箱名。邮箱所在主机通常称为邮件服务器。

@ 右边是用户使用的邮件服务器所在域的域名邮件服务器所在域的域名。例如清华大学的域名是 tsinghua.edu.cn ，所以 tsgtsg

@[email protected] 就是清华的某 email 地址。

电子邮件系统的基本概念 ( 续 )

电子邮件系统投递邮件时，首先需要利用域名系统 DNSDNS 将 email email 地址中的主机域名转换成邮件地址中的主机域名转换成邮件服务器的服务器的 IPIP 地址地址。为此先调用名字解析器， (1) 从主机域名查询该域的资源记录 MXMX 。例如：从域 tsinghua.edu.cn tsinghua.edu.cn 的 DNS 资源记录 MX ，可以得到邮件服务器域名 mail.tsinghua.edu.cnmail.tsinghua.edu.cn ，(2) 再查询邮件服务器的 IP 地址，有了 IP 地址就知道邮件往哪里送了。

若查不到 MX 记录，系统就将 @ 后的主机域名作为邮件服务器域名。 @mails.tsinghua.edu.cn

电子邮件系统的基本概念 ( 续 )

电子邮件系统的一个非常有用的功能是利用所谓邮寄表 (mailing listmailing list) 向多个用户发送同一邮件。邮寄表是一组 email 地址并有一个组名，也称“别名 (alias)” ，发给该组名的邮件会自动分发给它代表的每个 email 地址。

一些邮件系统的地址簿或通讯簿 (addressaddress bookbook)有类似的功能。

电子邮件系统及其协议

电子邮件系统包括两个部分：报文传输代理报文传输代理 MTAMTA(MMessage TTransfer AAgent) 和邮件用户代理邮件用户代理 UAUA(UUser AAgent) 。

报文传输代理 MTA 相当于邮局邮局，为用户发送和接收邮件。运行报文传输代理的主机就是邮件服务器邮件服务器，它不间断地运行，为用户接收、发送和保存邮件。

邮局用户代理 UAUA 是邮件系统的用户界面是邮件系统的用户界面，它帮助用户阅读、编辑、管理邮件。当 UA 按用户的命令准备好要发送的邮件后，就交给 MTA 。

电子邮件系统及其协议 ( 续 )

在 UNIX 中，最常用的报文传输代理 MTA 是 SeSendmail ndmail 程序，它在后台运行，它随时准备好接收网络向本机邮箱发来的邮件，并向网上发送本机用户发出的邮件。 Sendmail 安全性差，用户多时管理复杂。

Dan Bernstein 开发的 QmailQmail 及 Wietse Venema开发的 PostfixPostfix ，都希望提供更快、更安全、更容易管理的 MTA 来替换 Sendmail 。


邮件用户代理 UA 既可在邮件服务器运行，也可在用户的 PC 机上运行，前者如 UNIX 的 mail 或mailx ，用户的 PC 机可以作为 UNIX 的终端登录到邮件服务器，使用 mail 编辑、发送、接收、阅读邮件；后者如 Netscape Messenger Netscape Messenger 和 OutOutlook Expresslook Express ，它们替你从服务器下载邮件到 PC 机，编辑、阅读邮件时它们独立工作，只当发送、接收邮件时才需与邮件服务器连接，这种 UA称独立用户代理。

许多邮件服务器提供 Web 界面， UA...


报文传输代理之间使用简单邮件传输协议 SMTP SMTP (SSimple MMail TTransfer PProtocol) 进行通信。

在 PC 机上的独立邮件用户代理 ( 如 Netscape Messenger 或 Outlook Express ) 和报文传输代理之间的通信协议是 POP3 POP3 (PPost OOffice PProtocol-Version 33) 或 IMAP4 (Internet Message Access Protocol-Version 4) 。

所以在 Internet 中，邮件是以 SMTP 协议传递的，到了目标邮件服务器后，再到 PC 机这最后一程是使用 POP3 ( 或 IMAP4) 传递的。


Netscape Messenger

MTA

pop server imap server

POP3 IMAP4

Outlook Express

MTA

pop server imap server

POP3 IMAP4

SMTP

报文传输代理 MTA 及 SMTP

Internet 报文传输代理实现协议 SMTP ， SMTP十分简单，它只定义邮件如何从一个“邮局”传给另一个“邮局”，只规定 MTA 之间的命令和回答。

MTA 主要就是生成、处理、回答 SMTP 命令。

MTAMTA 发送方发送方 MTAMTA 接收方接收方命令

回答SMTP 客户 SMTP 服务

器

报文传输代理 MTA 及 SMTP( 续 )

在发送邮件前，发送方要建立一条到接收方主机端口端口 25 25 的 TCP 连接 ( 已为 SMTP 服务器分配了TCP 端口 25) 。

然后发送方发送生成的 SMTP 命令及邮件报文。接收方把对命令的回答送回发送方。邮件传送完毕后撤消连接。发送方和接收方之间的命令和回答都是可读 ASCI

I 字符串，命令和回答都有确定的语法和语义。


SMTP 的最小实现包括七条命令： HELOHELO << 主机域名主机域名 >> 开始会话 MAIL FROMMAIL FROM ：： << 发送者发送者 emailemail 地址地址 >> 开始一次邮件事务，指出邮件发送者

RCPT TORCPT TO ：： << 接收者接收者 emailemail 地址地址 >> 指出接收者 DATADATA 开始邮件报文 RSETRSET 中止当前邮件事务 NOOPNOOP 无操作 QUITQUIT 结束会话


发送方发送一个邮件到接收方的过程就是它们之间的一次会话，会话分连接建立、邮件传送、连接关闭三个阶段：

(1) (1) 连接建立连接建立发送方发起并建立一条到接收方的 TCP 连接；接收方回答“ 220 < 本机域名 >...” 通报自己域名；发送方发“ HELO < 本机域名 >” 通报自己域名；接收方回答“ 250 …” 接收发送方域名，双方建

立起通信的初始状态，发送方就可传输邮件。


(2) (2) 邮件传送邮件传送：发送方每传送一个邮件称为一次邮件事务， MAILMAIL ， RCPTRCPT ， DATADATA 是一个邮件事务的三部曲，也是发送一个邮件的过程。

发送方发““ MAIL FROMMAIL FROM ：： << 发送者发送者 emailemail 地址地址>”>” 命令；接收方回答“ 250…” 表示准备好接收报文，若邮箱忙回答“ 450…” ，若处理有错…。


发送方发一条或多条命令““ RCPT TORCPT TO ：： << 接收接收者者 emailemail 地址地址 >” >” 指定目标邮箱地址；对每条 RCPT 命令接收方回答“ 250…” 表示正确，“ 550…” 表示有错。

发送方发命令 DATADATA ；在收到接收方的回答“ 354…”( 表示正确 ) 后，发送方发邮件报文文本，文本的结束行只包含句点“ .” 。


(3) (3) 连接关闭连接关闭发送方发命令 QUITQUIT ，接收方回答“ 221 < 本机

域名 >…” 后关闭 TCP 连接。

注意，回答主要是一个 3位的十进数码：以 4 和 5 开头的表示有错，如语法错误等。以 2 和 3 开头的表示正确。标准对各种命令的回答数码作了详细规定。


SMTP 的限制： SMTP 规定邮件报文是 77 位的位的 ASCIIASCII 字符串字符串，在

传输邮件时将 8位字符的最高位置“ 0” (虽然 TCP 连接支持传输 8位的字符 ) 。

早期的实现限制邮件报文的大小不能超过 64k 字节。

每个报文行的最大长度是 1000 字符。一个邮件的接收者不能超过 100 名。


扩展的 SMTP—ESMTPESMTP(EExtended SMTPSMTP) ：扩展的 SMTP增加了新命令 EHLOEHLO ，用 EHLO 代

替 HELO 来开始一次会话。若接收方也实现了 SMTP 的扩展，则对 EHLO 命令回答“ 250” 。

然后在 MAIL 命令中 FROM 后可以增加参数““ BODY=8BITMIME”BODY=8BITMIME” 表示 DATA 后面传输 8位字节的 MIME 报文；也可增加参数““ SIZE=SIZE= 报文报文大小”大小” ( 用十进制表示，单位是字节 )等。

SMTP 的一次会话过程示例

会话是在发送方发起并建立了到接收方的 TCP 连接后开始的：

R ： 220 tsinghua.edu.cn ESMTPESMTP Sendmail…Thu, 2 Sep ...

S ： EHLOEHLO pku.edu.cn

R ： 250 - tsinghua.edu.cn Hello pku.edu.cn, …

R ： 250 - 8BITMIME

R ： 250 - SIZE

SMTP 的一次会话过程示例 ( 续 )

S ： MAIL FROMMAIL FROM ： <[email protected]> BODY=8BITMIME

R ： 250 <[email protected]>…Sender and 8BITMIME ok

S ： RCPT TORCPT TO ： <[email protected]>

R ： 250 <[email protected]> … Recipient ok

S ： DATADATA

R ： 354 Enter mail, end with “.” on a line by itself

SMTP 的一次会话过程示例 ( 续 )

S ：张三：你好S ：……S ：李四S ： .

R ： 250 KAA20017 Message accepted for delivery

S ： QUITQUIT

R ： 221 tsinghua.edu.cn closing connection

邮件用户代理及 POP3

POP3允许用户通过 PC 机动态地检索邮件服务器上的邮件。一般它只是下载邮件，没有很多管理操作。

POP3 采用客户 / 服务器模式， POP3 客户程序在用户的 PC 机上运行， POP3 服务器程序在邮件服务器上运行。

POP3 协议描述 POP3 客户和 POP3 服务器之间的通信，通信建立在 TCP 之上， POP3 客户发命令，POP3 服务器回答命令。

邮件用户代理及 POP3( 续 )

POP3 服务器启动后就在 TCP 端口端口 110110 上侦听，准备为 POP3 客户服务。

当 POP3 客户希望使用 POP3 提供的服务时，它就向 POP3 服务器的端口 110 发起 TCP 连接请求， TCP 连接建立后 POP3 会话开始。

首先 POP3 服务器向客户发送一行“欢迎”词，以后 POP3 会话进入第一个状态，称授权状态授权状态。


授权状态：客户发送 USERUSER 命令命令给出用户在邮件服务器上的

邮箱名，若是合法用户，服务器回答“ +OK” 。客户再发送 PASSPASS 命令命令给出口令。 POP3 服务器确定用户是否有权访问该邮箱，若有权访问，服务器再次回答“ +OK” ，若是非法用户，服务器回答“ -ERR” 。

USER 和 PASS 命令用口令方式对用户进行授权验证。


事务状态：若对用户的授权验证成功，则服务器申请资源与

用户的邮箱关联，会话进入第二个状态，称为事事务务 (transaction) 状态状态。

在事务状态，服务器将存储的邮件分成一个个报文，并从 1 开始编号。

在事务状态，客户可以重复发送一些命令检索报文 (RETR) 、删除报文 (DELE)( 作删除标记 )等。


更新状态：当客户发出 QUITQUIT 命令命令时， POP3 会话从事务状态进入第三个状态，称为更新更新 (update) 状态状态。

在更新状态，所有有删除标记的报文被真正删去，最后关闭 TCP 连接，服务器释放在事务状态中申请的资源， POP3 会话结束。

POP3 实现的命令

命令说明USER <用户邮箱名> 给出用户邮箱名PASS <口令串> 给出用户口令QUIT 退出会话STAT 询问报文总数及长度LIST [<报文编号>] 列出报文的长度RETR <报文编号> 检索报文DELE <报文编号> 对该报文作删除标记NOOP 无操作RSET 复位操作，清除所有删除标记QUIT 删除所有标记”删除”的报文,关闭 TCP连接

POP3 实现的命令 ( 续 )

前三条命令，即 USER ， PASS ， QUIT 是在授权状态下的命令。服务器验证 USER 和 PASS 命令中的参数确定是否合法用户，若是非法用户，服务器回答“ -ERR” ，客户再发 USER 命令或 QUIT 命令退出会话。

后七条命令，包括 QUIT ，是在事务状态下的命令。

POP3 客户和服务器会话例

S ： < 在 TCP 端口 110等待连接 >

C ： <打开 TCP 连接 >

S ： +OK+OK oar pop3 server ready

C ： USERUSER wrongid

S ： -ERR-ERR sorry, wrongid doesn’t get his mail here

C ： USERUSER your_userid

S ： +OK+OK your_userid is welcome here

C ： PASSPASS your_password

POP3 客户和服务器会话例 ( 续 )

S ： +OK+OK your_userid’s maildrop has 2 messages (320 octets)

C ： STATSTATS ： +OK+OK 2 320C ： LISTLISTS ： +OK+OK 2 messages (320 octets)S ： 1 120S ： 2 220S ： .


C ： RETRRETR 1

S ： +OK+OK 120 octets

S ：报文 1 的内容S ： .

C ： DELEDELE 1

S ： +OK+OK message 1 deleted

C ： RETRRETR 2

S ： +OK+OK 200 octets


S ：报文 2 的内容S ： .C ： DELEDELE 2S ： +OK+OK message 2 deletedC ： QUITQUITS ： +OK+OK oar pop3 server signing off (maildrop emp

ty)C ： <关闭连接 >S ： <等待下一连接 >


POP3 协议只规定用户代理如何从邮件服务器检索邮件。若 POP3 客户要发送邮件，则它要与邮件服务器建立一个 SMTP 连接，将邮件交给 MTA 。

POP3 用户代理有两个功能：检索邮件和发送邮件，前者用 POP3 协议，后者用 SMTP 协议。

POP3 客户也实现了 SMTP 客户模块，但它与 MTA 上的 SMTP 客户模块不同…。

报文协议 RFC822

Internet 主机之间传送的报文是报文是 77 位位 ASCIIASCII 字符流字符流。每个报文分成两部分：报文头报文头 (message header)

和报文体报文体 (message body) ，两者以一空行分隔。报文头在报文体之前，它是一些控制信息，包括

收方和发方的地址、日期等。报文体是用户邮件内容， RFC 只规定它是 ASCII 字符串。

报文头由一系列头字段头字段 (header fields) 组成，每个头字段的形式是：

字段名字段名 (field-name) ：字段体字段体 (field-body)

报文协议 RFC822( 续 )

头字段语义

Return-Path: <发送者 emai l 地址> 指示发送者

Recei ved: 指示转发主机

Message- I D: <报文标识号> 生成的报文标识

Date:日期时间邮件发出日期等

From: <发送者 emai l 地址> 指示邮件发送者

To: <接收者 emai l 地址> 指示邮件接收者

Subj ect: <报文主题> 邮件报文主题

报文协议 RFC822( 续 )

每个转发报文的 MTA 都加上字段 “ ReceivedReceived ：”，用 from from 后跟转发主机， by by 后跟接收主机及收到的时间， with with 后跟传输协议 smtp smtp 或 esmtpesmtp 。

RFC822 对邮件最大的限制是邮件报文体是 ASCII 字符流，每个 ASCII 字符是 7位。 SMTP 中又规定传输邮件时将 8位字节的最高位清 0 ，这样电子邮件就不能包括多国文字多国文字和多媒体信息多媒体信息。

邮件报文格式 RFC822极需扩充，提出了多用途 Internet 报文扩展 MIMEMIME (MMultipurpose IInternet MMail EExtensions) 。

MIME

MIME 是 RFC822 的扩展，在 MIME 标准中，RFC822 的报文头、报文体基本模式不变， RFC822 定义的标准头字段的语法和语义不变。

MIME增加了几个头字段，常用的是：MIME-VersionMIME-Version ：： 1.01.0

Content-TypeContent-Type ：：类型 /子类型Content-Transfer-EncodingContent-Transfer-Encoding ：： 7bit | 8bit |bina7bit | 8bit |binaryry | base64 | quoted-printable| base64 | quoted-printable

MIME( 续 )

邮件报文要使用各国文字及多媒体信息，可利用报文头字段 “ Content-TypeContent-Type ：：类型 /子类型”指明报文体的数据类型。 MIME 定义了 7 种数据类型。 Internet 邮件的默认数据类型是Content-TypeContent-Type ：： texttext//plainplain ；； charset=us-asciicharset=us-ascii

MIME 定义的 7 种数据类型中，许多类型按其本身的格式在传输中应为 8位的字符串，即二进制数据。但采用 SMTP ，那些数据无法正确传输，头字段 “ CoContent-Transfer-Encodingntent-Transfer-Encoding ：： ......” 指明数据的传输编码方式。

MIME 传输编码— base64

基数基数 64 64 编码编码 ( base64 ) ( base64 ) ：是根据 Radix-64Radix-64 编码表编码表将 33 个字节的二进制数据个字节的二进制数据

变换为变换为 44 个可打印的个可打印的 ASCIIASCII 字符字符 (7位 ) 。 3 个字节 24位，分为 4 个 6位，每个 6位二进制数

是 0~63 ，按 Radix-64 编码表转换成 ASCII 字符。报文体末尾不足 3 字节，即只有 16位或 8位，就分

别转换为 3 个或 2 个 ASCII 字符，再分别填充一个或两个“ =” 字符。所以当编码后的文本末尾为“ =”或“ = =” 时，分别指示报文内容最后一组为 16位或 8位。

Radix-64 编码表

编码字符编码字符编码字符编码字符 0 A 1 B 2 C 3 D . . . . 9 J 10 K . . . . 14 O 15 P

16 Q 17 R 18 S 19 T . . . . 25 Z 26 a . . . . 30 e 31 f

32 g 33 h 34 i 35 j . . . . 41 p 42 q . . . . 46 u 47 v

48 w 49 x 50 y 51 z 52 0 . . 57 5 58 6 . . . . 62 + 63 /

MIME 传输编码— quoted-printable

带引见符的可打印编码带引见符的可打印编码 (quoted-printable)(quoted-printable) ：对每个字节的 8位二进制数进行编码， 28 =162=256 ，用两个十六进制数可以对它们全部进行编码。具体规则：

1. 除下列 2 ， 3 ， 4指明的字符外，其余字符被编码成“ =” 后跟表示该字符值的两个十六进制数字。“ =” 是引见符。“ =” 本身就被表示为“ =3D” 。

2. 十进制 33 到 126(除 61外 ) ，对应可打印的 ASCII 字符“ !” 到“ ~”(除“ =”外 ) ，仍用 ASCII 编码。

MIME 传输编码— quoted-printable

3. 字节值为十进数 9, 23 时，仍分别编码为 ASCII字符 <HT>,<SP>(空格 ) ，若它们出现在报文行末尾 , 则按规则 1 编码。因有些 MTA 在报文行末尾填充空格或删除空格，这样可防止空格被删。

4. RFC822 规定的标准行分隔符 <CR><LF>仍编码为 <CR><LF> 。

5. Quoted-printable 编码要求每个编码行不超过 76字符 ( 不包括末尾的 <CR><LF> ，对于太长的行就插入“ =<CR><LF>” 来分行。

MIME 传输编码

在传输非 ASCII 报文时，若 MTA 都支持传输 8位字节的 MIME 报文，则传输编码采用 8bit 8bit 最简单，否则要作转换。当报文中包含大量非 ASCII 字符时，应采用 base64 ，否则采用 quoted-printable 。

MIME 报文类型

1.1. texttext( 文本 ) ：表示报文体是文本信息 , 子类型有：• plainplain ：基本子类型，表示无格式文本。• htmlhtml ：表示报文体是用超文本标记语言写的。

2.2. messagemessage( 邮件报文 ) ：表明报文体中封装有其它邮件报文。子类型有：• rfc822rfc822 ：基本子类型，表明报文体是按 RFC8

22封装的报文。• partialpartial ：定义部分报文，允许太长的报文分段。

MIME 报文类型 ( 续 )

3.3. imageimage(图象 ) ：表示报文体是静止图象 , 子类型：• jpegjpeg ：表示 jpeg 格式的压缩图象。• gifgif ：表示 gif 格式的压缩图象。

4.4. audioaudio//basicbasic ：表示 PCM 编码的音频数据。5.5. videovideo//mpegmpeg ：表示mpeg格式的视频数据。6.6. applicationapplication( 应用 ) ：表示二进制数据或需要其它

应用程序解释的信息。子类型有：• octet-streamoctet-stream ：表示二进制数据。• mswordmsword ：表示Windows 的 Word 文档。

MIME 报文类型 ( 续 )

7.7. multipartmultipart( 多部 ) ：报文体由多个不同的部分组成，每个部分有独立的报文类型。多部类型有一个重要参数，即封装边界封装边界，由它指示各部的分界。每个部分以一个封装边界开始，其余从形式上类似于一个 RFC822 报文。子类型有 mixed ； alternative等。目前在邮件用户代理上允许用户在报文中附加文件作为附件，而邮件系统实际上是将报文和此文件做成 multipart ，第 1 部分是 Content-Type ： text/plain… ，第 2 部分可以是 Content-Type ： applicationapplication//mswordmsword… 。

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