邮箱基础协议：SMTP/POP3/IMAP

目录

• 电子邮件的组成：信封、首部和正文
• 邮件基础协议
  • SMTP
    • SMTP 指令
    • 使用 Telnet 模拟 SMTP 发送邮件
  • POP3
    • POP3 的生命周期
  • IMAP
    • 标志消息属性
    • 状态和流程图
    • IMAP 命令

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电子邮件的组成：信封、首部和正文

电子邮件由三部分组成，下图是 Client 发送的整个数据：
 

1. 信封（envelope）
    
   信封是 MTA 用来交付的，在上例中由两个 SMTP 命令指明；
    
   MAIL From: rstevens@sun.tuc.noao.edu
   RCPT To: estevens@noao.edu

2. 首部（header）
    
   首部由用户代理使用，上例中可以看到 9 个首部字段：Recived、Message-Id、From、Date、Reply-To、X-Phone、X-Mailer、To 和 Subject
   （以 X- 开头的是用户定义的字段，其他是由 RFC 822 定义的，详见 4.1 节）

3. 正文（body）
    
   正文是发送用户发给接收用户报文的内容，RFC 822 指定正文为 NVT ASCII 文字行，用 DATA 命令发送的各行都必须小于 1000 字节

 
用户接收我们指定为正文的部分，加上一些首部字段，并把结果传到 MTA；MTA 加上一些首部字段，加上信封，并把结果发送到另一个 MTA

 
（更多实现细节，详见 RFC 2821）

 
 

用 TCP 进行的邮件交换是由报文传送代理 MTA（Message Transfer Agent）完成的。

 
TCP/IP 交换电子邮件示意图：

 

邮件基础协议

邮件基础的网络协议有以下三个，一般我们使用 SMTP 协议来发送邮件，POP3 和 IMAP 协议来接收邮件（从服务端接收邮件至客户端）

• 下表中 IMAP 协议支持发送邮件并不是邮件投递，而是通过 append 指令将邮件从客户端上传到服务端

协议	工作端口(括号内为 SSL)	支持发送邮件	支持接收邮件
SMTP	25(465)	True	False
POP3	110(995)	False	True
IMAP	143(993)	True	True

 

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SMTP

两个 MTA 之间通过 NVT ASCII 进行通信，客户向服务器发出命令，服务器用数字应答码和可选的人可读字符串进行响应
 
下图是 SMTP 的一个交互会话过程：
 

1. 键入 mail -v 启动用户代理； 键入 subject（主题）和正文
2. 主动打开 port:25 ；等待从 Server 返回的问候报文（应答码220）
3. HELO：标识自己（参数必须是合格的主机名）
4. MAIL：标识报文发起人
5. RCPT：标识接收方（可发多次，标识多个接收方）
6. DATA：邮件报文内容
7. QUIT：结束邮件交换

下图是发送方 SMTP（Client）和接收方 SMTP（Server）之间的一个 SMTP 连接：
 

SMTP 指令

最小SMTP支持 8 个命令，除了上述 5 个命令还有：

• RSET：异常中止当前的邮件事务并使两端复位。丢掉所有有关发送方、接收方或邮件的存储信息
• VRFY：使客户询问发送方以验证接收方地址，而无需向发送方发送邮件（通常用与管理员查找邮件交付差错中使用）
• NOOP：强迫服务器响应一个OK应答码（200）

（另外还有一些附加可选命令）

 
SMTP 用半双工的形式使用 TCP，客户发送一个命令后停止等待应答；实际上 Client 可以一次发多个命令，称为流水线技术（pipelining）

如果使用了这种技术，Client 则不能丢弃报文直到所有的应答都已检查过，确认报文被服务器接收了

使用 Telnet 模拟 SMTP 发送邮件

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POP3

POP3 协议相对 SMTP/IMAP 要简单一些，协议的指令也不多

POP3 的生命周期

POP3 命令以 CRLF 对结束，特定命令多行响应，以 CRLF.CRLF 结束

在服务器打开邮件后，它为每个消息指定一个消息号，并以八进制表示每个消息的长度。第一个消息被指定为 1，第二个消息被指定为 2，以此类推，第 N 个消息被指定为 N
在POP3命令和响应中，所以的消息号和长度以十进制表示

AUTHORIZATION

• USER ：客户确认身份（参数：username）
• PASS ：身份确认完成
• QUIT ：终止 POP3 会话
• APOP ：用于替代 USER 和 PASS 命令，它以 MD5 数字摘要的形式向POP3邮件服务器提交帐户密码（参数：用户名/密钥）（该命令实现可选）

安全性：每个 POP3 会话都以 USER/PASS 互换开始，导致了用户名和口令在网络上的显式传送，当服务连接频率变大、时间间隔小，就会加大了泄密的可能
（使用APOP：随着密钥长度的增加，解读的难度也会上升）

TRANSACTION

操作状态下的命令：

• STAT ：查询邮箱中的统计信息（邮件数量和所有邮件大小）
• LIST ：列出邮箱中的所有邮件信息（消息号/大小）（参数：MSG 列出对应消息号的邮件信息）
• RETR ：获取某封邮件的内容（参数：MSG）
• DELE ：将某封邮件标记为删除（参数：MSG）（被标记的邮件直到当前会话进入 UPDATE 状态才被删除）
• NOOP ：检测连接状况
• RSET ：取消删除标记

UPDATE

当客户在 AUTHORIZATION 状态下发送 QUIT 命令后，会话进入 UPDATE 状态
如果会话因为 QUIT 命令以外的原因中断，会话并不进入 UPDATE 状态，也不从服务器中删除任何信件

 
（更多实现细节，详见 RFC 1939）

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IMAP

IMAP 协议通过 port：143 来提供电子邮件的收发服务，和 POP3 被用来提供电子邮件客户端服务（从服务器检索电子邮件）
相对于 POP3，IMAP 支持多个电子邮件客户端同时管理邮箱，并可以通过邮件的标签/状态，监测到其他用户对于邮件的操作
 
IMAP 还支持在线/离线两种操作模式，客户端可以获得邮件副本存储在本地

标志消息属性

与邮件关联的有一个或多个 token list，将 flag 添加至列表可以设置邮件的属性，每个 flag 可以设置为永久的或临时的（当前会话）

\Seen	邮件已阅读
\Answered	邮件已回复
\Flagged	邮件被标记为紧急/特别关注
\Delete	邮件被标记删除（to EXPUNGE）
\Draft	邮件被标记为草稿
\Recent	邮件最近到达该邮箱（本次会话是首次收到当前邮件通知）

具体的实现与服务器相关

状态和流程图

Client 和 Server 建立好连接后，IMAP 连接处于四种状态之一
最初的状态在服务器的 greeting 报文中标识，客户端在不当状态中尝试的命令服务器都将以 BAD/NO 响应（取决于实现）

• Not Authenticated State ：未经认证的状态，连接启动时进入该状态，除非已进行预验证
• Authenticated State：认证状态，可选择邮箱进行访问
• Selected State：选定状态，已选择一个邮箱访问
• Logout State：退出状态，连接正在终止（LOGOUT 命令）

服务器必须发送 BYE 响应来关闭连接，同样的，客户端应该发送 LOGOUT 命令来关闭连接

如果服务器检测到客户端单方面关闭了连接，则可以省略 BYE 响应

IMAP 命令

下面罗列一些常见的 IMAP 命令

客户端命令 —— 任何状态

• CAPABILITY：查询服务器实现的功能
• NOOP：检测连接
• LOGOUT：终止当前连接

客户端命令 —— 未经认证的状态

• STARTTLS：与服务器使用 TLS 进行交互
• AUTHENTICATE：与服务器的认证机制
• LOGIN：鉴权登陆，输入用户名与密码

客户端命令 —— 认证状态

• SELECT：选择邮箱
• EXAMINE：以只读方式选择邮箱
• CREATE：创建一个邮箱
• DELETE：删除一个邮箱
• RENAME：重命名邮箱
• SUBSCRIBE：订阅指定邮箱
• UNSUBSCRIBE：取消订阅邮箱
• LSUB：返回订阅邮箱列表
• APPEND：追加一个State，例如可以保存一封新的邮件

客户端命令 —— 选定状态

• CHECK：检查当前服务器状态(例如：磁盘，内存等)
• CLOSE：永久删除所有消息
• EXPUNGE：永久删除所有消息，与 CLOSE 不同的是，将返回每个消息标识
• SEARCH：类似 find 命令,功能很强大可以按照不同条件搜索邮件
• FETCH：检索与消息相关数据，例如：获取正文
• STORE：改变与消息相关数据，例如：设置邮箱已读、删除状态等
• COPY：拷贝指定的消息
• UID：返回 UID 列表用于 FETCH