了解邮件服务与相关协议（1）

电子邮件是因特网上最为流行的应用之一。如同邮递员分发投递传统邮件一样，电子邮件也是异步的，也就是说人们是在方便的时候发送和阅读邮件的，无须预先与别人协同。与传统邮件不同的是，电子邮件既迅速，又易于分发，而且成本低廉。另外，现代的电子邮件消息可以包含超链接、HTML格式文本、图像、声音甚至视频数据。我们将在本文中查看处于因特网电子邮件核心地位的应用层协议。但在深入讨论这些协议之前，让我们先概览一下因特网邮件系统及其重要部件。

　　下图展示了因特网邮件系统的高层概貌。我们看到，该系统由三类主要部件构成:用户代理、邮件服务器利简单邮件传送协议(simple Mail Transfer Protocol，简称SMTP)。我们将在这样的上下文中说明每类部件:发信人A1ice给收传人Bob发送一个电于邮件消息。用户代理允许用户阅读、回复、转寄、保存和编写邮件消息(电子邮件的用户代理有时称为邮件阅读器，不过我们在本文中避免使用这个说法)。Alice写完电子邮件消息后，她的用户代理把这个消息发送给邮件服务器，再由该邮件服务器把这个消息排入外出消息队列中。当Bob想阅读电子邮件消息时，他的用户代理将从他在其邮件服务器上的邮箱中取得邮件。20世纪90年代后期，图形用户界面(GUI)的电子邮件用户代理变得流行起来，它们允许用户阅读和编写多媒体消息。当前流行的用户代理包括Ootlook,foxmail等。公共域中还有许多基于文本的电于邮件用户代理，包括mail、pine和elm。

图1 因特网电子邮件系统概貌

　　邮件服务器构成了电子邮件系统的核心。每个收信人都有一个位于某个邮件服务器上的邮箱(mailbox)。Bob的邮箱用于管理和维护已经发送给他的邮件消息。一个邮件消息的典型旅程是从发信人的用户代理开始，游经发信人的邮件服务器，中转到收信人的邮件服务器，然后投递到收信人的邮箱中。当Bob想查看自己的邮箱中的邮件消息时，存放该邮箱的邮件服务器将以他提供的用户名和口令认证他。Alice的邮件服务器还得处理Bob的邮件服务器出故障酌情况。如果Alice的邮件服务器无法把邮件消息立即递送到Bob的邮件服务器，A1ice的服务器就把它们存放在消息队列(message queue)中，以后再尝试递送。这种尝试通常每30分钟左右执行一次:要是过了若干天仍未尝试成功，该服务器就把这个消息从消息队列中去除掉，同时以另一个邮件消息通知发信人(即Alice)。

　　简单邮件传送协议(SMTP)是因特网电子邮件系统首要的应用层协议。它使用由TCP提供的可靠的数据传输服务把邮件消息从发信人的邮件服务器传送到收信人的邮件服务器。跟大多数应用层协议一样，SMTP也存在两个端:在发信人的邮件服务器上执行的客户端和在收信人的邮件服务器上执行的服务器端。SMlP的客户端和服务器端同时运行在每个邮件服务器上。当一个邮件服务器在向其他邮件服务器发送邮件消息时，它是作为SMTP客户在运行。当一个邮件服务器从其他邮件服务器接收邮件消息时，它是作为SMTP服务器在运行。

SMTP

　　SMTP在RFC 821中定义，它的作用是把邮件消息从发信人的邮件服务器传送到收信人的邮件服务器。SMIP的历史比HTTP早得多，其RFC是在1982年编写的，而SMTP的现实使用又在此前多年就有了。尽管SMTP有许多奇妙的品质(它在因特网上的无所不在就是见证)，但却是一种拥有某些“古老”特征的传统战术。例如，它限制所有邮件消息的信体(而不仅仅是信头)必须是简单的7位ASCII字符格式。这个限制在20世纪80年代早期是有意义的，当时因特网传输能力不足，没有人在电子邮件巾附带大数据量酌图像、音频或视频文件。然而到了多媒体时代的今天，这个限制就多少显得局促了——它迫使二进制多媒体数据在文由SMTP传送之前首先编码成7位ASCII文本;SMTP传送完毕之后，再把相应的7位ASCII文本邮件消息解码成二进制数据。HTTP不需要对多媒体数据进行这样的编码解码操作。

　　下面我们通过查看一个常见的情形来说明SMTP的基本操作。假设Alice给Bob发送一个简单的ASCII文本邮件消息:

　　●Alice调用自己的电子邮件用户代理，给出Bob的电子邮件地址(譬如说bob@someschool.edu)，写好邮件内容，然后让用户代理发送本邮件消息。

　　●Alice的用户代理把该邮件消息发送到她的邮件服务器中，由邮件服务器把该消息排人某个消息队列中。

　　●运行在A1ice的邮什服务器上的SMTP客户端看到消息队列中的这个邮件消息后，打开一个到运行在Bob的邮件服务器主机上的SMTP服务器端的TCP连接。

　　●经过最初的一些SMTP握手之后，SMTP客户把A1ice的邮件消息发送到TCP连接上。

　　●在Bob的邮件服务器主机上，SMTP服务器收到这个邮件消息后，把这个消息投递到Bob的邮箱中。

　　●Bob在方便的时候调用自己的电子邮件用户代理阅读该邮件消息。

　　图2展示了上述情形。

图2 alice的邮件服务器把邮件消息传送到Bob的邮件服务器

　　需注意的是，SMTP通常不使用中间的邮件服务器主机中转邮件，即便源端和目的端邮件服务器主机位于地球上相反的位置也一样。假设Aiice的邮件服务器主机在香港，Bob的邮件服务器主机在阿拉巴马州，那么所建立的TCP连接将是这两台服务器主机之间的连接。具体地说，如果Bob的邮件服务器不工作了，那么A1ice发给Bob的邮件消息将存留在Alice的邮件服务器中等待新的尝试，而不会存放到某个中间的邮件服务器中。

　　下面查看SWPT把邮件消息从发送端邮件服务器传送到接收端邮件服务器的具体过程。我们将看到，SMTP协议与人们用于面对面交互的礼仪之间有许多相似之处。首先，运行在发送端邮件服务器主机上的SMTP客户，发起建立一个到运行在接收端邮件服务器主机上的SMTP服务器端口号25之间的TCP连接。如果接收邮件服务器当前不在工作，SMTP客户就等待一段时间后再尝试建立该连接。这个连接建立之后，SMTP客户和服务器先执行一些应用层握手操作。就像人们在转手东西之前往往先自我介绍那样，SMTP客户和服务器也在传送信息之前先自我介绍一下。在这个SMTP握手阶段，SMTP客户向服务器分别指出发信人和收信人的电子邮件地址。彼此自我介绍完毕之后，客户发出邮件消息。SMTP可以指望由TCP提供的可靠数据传输服务把该消息无错地传送到服务器。如果客户还有其他邮件消息需发送到同一个服务器，它就在同一个TCP连接上重复上述过程;否则，它就指示TCP关闭该连接。

　　让我们看一个客户(C)和服务器(S)交互的例子。客户所在主机名为crepes.fr，服务器所在主机名为hamburger.edu。前面标以“C:”的ASCII文本行是客户发送到它的TCP套接字中的完整文本行，前面标以“S:”的ASCII文本行是服务器发送到它的TCP套接字中的完整文本行。以下传输脚本在TCP连接建立之后马上发生:

S:220 hamburger.edu 　　C:HELO crepes.fr 　　S:250 Hello crepes.fr,pleased to meet you 　　C:MAIL FROM: 　　S:250 alice@crepes.fr ... Serder OK 　　C:RCPT TO: 　　S:250 bob@hamburger.edu...Recipient OK 　　C:DATA 　　S:354 Enter mail,end with "." on a line by its self 　　C:Do you like ketchup? 　　C:How about pickles? 　　C:. 　　S;250 Message accepted for delivery 　　C:QUIT 　　S:221 hamburger.edu cloing connection

　　在这个例子中，客户发送了一个从邮件服务器主机crepes.fr到hamburger.edu的邮件消息，信体内容为:“Do you like ketchup?How about pickles?”。客户总共发出了5个命令，分别为:HELO，MAIL FROM，RCPT TO，DATA和QUIT。这些命令的含义是不言自明的。服务器给每个命令发回应答，其中每个应答都由应答码和一些英语解释(可选)构成。这里需指出的是，SMTP使用持久连接，也就是说，如果发送邮件服务器有多个邮件消息需发送到同一个接收邮件服务器，那么所有这些消息可以在同一个TCP连接中发送。对于其中的每一个消息，客户以一个新的“HELO crepes.fr”命令开始整个消息发送过程，但是QUIT命令要等到所有消息都发送完之后才发出。

　　我们可以尝试使用nc工具直接与SMTP服务器进行对话。首先指定使用SMTP端口号25连接到某台邮件服务器主机，这样就在本地主机和该邮件服务器主机之间建立了一个SMTP使用的TCP连接。登录完毕之后，应该立即收到来服务器的应答，接着就可以在合适的时刻依次发出现SMTP命令了。如果你连接到你朋友的5MTP服务器，就可以用这种方式向你的朋友发送邮件了(也就是说，不必使用邮件用户代理)。当然你也可以使用更常见的telnet工具，不过我发现用telnet建立起连接后常会遇到一些输入方面的问题。