郵箱基礎協議：SMTP/POP3/IMAP
目錄
- 電子郵件的組成：信封、首部和正文
- 郵件基礎協議
- SMTP
- SMTP 指令
- 使用 Telnet 模擬 SMTP 傳送郵件
- POP3
- POP3 的生命週期
- IMAP
- 標誌訊息屬性
- 狀態和流程圖
- IMAP 命令
- SMTP
電子郵件的組成：信封、首部和正文
電子郵件由三部分組成，下圖是 Client 傳送的整個資料：
信封（envelope）
信封是 MTA 用來交付的，在上例中由兩個 SMTP 命令指明；
MAIL From: [email protected]
RCPT To: [email protected]首部（header）
首部由使用者代理使用，上例中可以看到 9 個首部欄位：Recived、Message-Id、From、Date、Reply-To、X-Phone、X-Mailer、To 和 Subject
（以 X- 開頭的是使用者定義的欄位，其他是由 RFC 822 定義的，詳見 4.1 節）正文（body）
正文是傳送使用者發給接收使用者報文的內容，RFC 822 指定正文為 NVT ASCII 文字行，用 DATA 命令傳送的各行都必須小於 1000 位元組
使用者接收我們指定為正文的部分，加上一些首部欄位，並把結果傳到 MTA；MTA 加上一些首部欄位，加上信封，並把結果傳送到另一個 MTA
（更多實現細節，詳見 RFC 2821）
用 TCP 進行的郵件交換是由報文傳送代理 MTA（Message Transfer Agent）完成的。
TCP/IP 交換電子郵件示意圖：
郵件基礎協議
郵件基礎的網路協議有以下三個，一般我們使用 SMTP 協議來發送郵件，POP3 和 IMAP 協議來接收郵件（從服務端接收郵件至客戶端）
- 下表中 IMAP 協議支援傳送郵件並不是郵件投遞，而是通過 append 指令將郵件從客戶端上傳到服務端
| 協議 | 工作埠(括號內為 SSL) | 支援傳送郵件 | 支援接收郵件 |
|---|---|---|---|
| SMTP | 25(465) | True | False |
| POP3 | 110(995) | False | True |
| IMAP | 143(993) | True | True |
SMTP
兩個 MTA 之間通過 NVT ASCII 進行通訊，客戶向伺服器發出命令，伺服器用數字應答碼和可選的人可讀字串進行響應
下圖是 SMTP 的一個互動會話過程：
- 鍵入 mail -v 啟動使用者代理； 鍵入 subject（主題）和正文
- 主動開啟 port:25 ；等待從 Server 返回的問候報文（應答碼220）
- HELO：標識自己（引數必須是合格的主機名）
- MAIL：標識報文發起人
- RCPT：標識接收方（可發多次，標識多個接收方）
- DATA：郵件報文內容
- QUIT：結束郵件交換
下圖是傳送方 SMTP（Client）和接收方 SMTP（Server）之間的一個 SMTP 連線：
SMTP 指令
最小SMTP支援 8 個命令，除了上述 5 個命令還有：
- RSET：異常中止當前的郵件事務並使兩端復位。丟掉所有有關傳送方、接收方或郵件的儲存資訊
- VRFY：使客戶詢問傳送方以驗證接收方地址，而無需向傳送方傳送郵件（通常用與管理員查詢郵件交付差錯中使用）
- NOOP：強迫伺服器響應一個OK應答碼（200）
（另外還有一些附加可選命令）
SMTP 用半雙工的形式使用 TCP，客戶傳送一個命令後停止等待應答；實際上 Client 可以一次發多個命令，稱為流水線技術（pipelining）
如果使用了這種技術，Client 則不能丟棄報文直到所有的應答都已檢查過，確認報文被伺服器接收了
使用 Telnet 模擬 SMTP 傳送郵件
POP3
POP3 協議相對 SMTP/IMAP 要簡單一些，協議的指令也不多
POP3 的生命週期
POP3 命令以 CRLF 對結束，特定命令多行響應，以 CRLF.CRLF 結束
在伺服器開啟郵件後，它為每個訊息指定一個訊息號，並以八進位制表示每個訊息的長度。第一個訊息被指定為 1，第二個訊息被指定為 2，以此類推，第 N 個訊息被指定為 N
在POP3命令和響應中，所以的訊息號和長度以十進位制表示
AUTHORIZATION
- USER ：客戶確認身份（引數：username）
- PASS ：身份確認完成
- QUIT ：終止 POP3 會話
- APOP ：用於替代 USER 和 PASS 命令，它以 MD5 數字摘要的形式向POP3郵件伺服器提交帳戶密碼（引數：使用者名稱/金鑰）（該命令實現可選）
安全性：每個 POP3 會話都以 USER/PASS 互換開始，導致了使用者名稱和口令在網路上的顯式傳送，當服務連線頻率變大、時間間隔小，就會加大了洩密的可能
（使用APOP：隨著金鑰長度的增加，解讀的難度也會上升）
TRANSACTION
操作狀態下的命令：
- STAT ：查詢郵箱中的統計資訊（郵件數量和所有郵件大小）
- LIST ：列出郵箱中的所有郵件資訊（訊息號/大小）（引數：MSG 列出對應訊息號的郵件資訊）
- RETR ：獲取某封郵件的內容（引數：MSG）
- DELE ：將某封郵件標記為刪除（引數：MSG）（被標記的郵件直到當前會話進入 UPDATE 狀態才被刪除）
- NOOP ：檢測連線狀況
- RSET ：取消刪除標記
UPDATE
當客戶在 AUTHORIZATION 狀態下發送 QUIT 命令後，會話進入 UPDATE 狀態
如果會話因為 QUIT 命令以外的原因中斷，會話並不進入 UPDATE 狀態，也不從伺服器中刪除任何信件
（更多實現細節，詳見 RFC 1939）
IMAP
IMAP 協議通過 port：143 來提供電子郵件的收發服務，和 POP3 被用來提供電子郵件客戶端服務（從伺服器檢索電子郵件）
相對於 POP3，IMAP 支援多個電子郵件客戶端同時管理郵箱，並可以通過郵件的標籤/狀態，監測到其他使用者對於郵件的操作
IMAP 還支援線上/離線兩種操作模式，客戶端可以獲得郵件副本儲存在本地
標誌訊息屬性
與郵件關聯的有一個或多個 token list，將 flag 新增至列表可以設定郵件的屬性，每個 flag 可以設定為永久的或臨時的（當前會話）
| \Seen | 郵件已閱讀 |
| \Answered | 郵件已回覆 |
| \Flagged | 郵件被標記為緊急/特別關注 |
| \Delete | 郵件被標記刪除（to EXPUNGE） |
| \Draft | 郵件被標記為草稿 |
| \Recent | 郵件最近到達該郵箱（本次會話是首次收到當前郵件通知） |
具體的實現與伺服器相關
狀態和流程圖
Client 和 Server 建立好連線後，IMAP 連線處於四種狀態之一
最初的狀態在伺服器的 greeting 報文中標識，客戶端在不當狀態中嘗試的命令伺服器都將以 BAD/NO 響應（取決於實現）
- Not Authenticated State ：未經認證的狀態，連線啟動時進入該狀態，除非已進行預驗證
- Authenticated State：認證狀態，可選擇郵箱進行訪問
- Selected State：選定狀態，已選擇一個郵箱訪問
- Logout State：退出狀態，連線正在終止（LOGOUT 命令）
伺服器必須傳送 BYE 響應來關閉連線，同樣的，客戶端應該傳送 LOGOUT 命令來關閉連線
如果伺服器檢測到客戶端單方面關閉了連線，則可以省略 BYE 響應
IMAP 命令
下面羅列一些常見的 IMAP 命令
客戶端命令 —— 任何狀態
- CAPABILITY：查詢伺服器實現的功能
- NOOP：檢測連線
- LOGOUT：終止當前連線
客戶端命令 —— 未經認證的狀態
- STARTTLS：與伺服器使用 TLS 進行互動
- AUTHENTICATE：與伺服器的認證機制
- LOGIN：鑑權登陸，輸入使用者名稱與密碼
客戶端命令 —— 認證狀態
- SELECT：選擇郵箱
- EXAMINE：以只讀方式選擇郵箱
- CREATE：建立一個郵箱
- DELETE：刪除一個郵箱
- RENAME：重新命名郵箱
- SUBSCRIBE：訂閱指定郵箱
- UNSUBSCRIBE：取消訂閱郵箱
- LSUB：返回訂閱郵箱列表
- APPEND：追加一個State，例如可以儲存一封新的郵件
客戶端命令 —— 選定狀態
- CHECK：檢查當前伺服器狀態(例如：磁碟，記憶體等)
- CLOSE：永久刪除所有訊息
- EXPUNGE：永久刪除所有訊息，與 CLOSE 不同的是，將返回每個訊息標識
- SEARCH：類似 find 命令,功能很強大可以按照不同條件搜尋郵件
- FETCH：檢索與訊息相關資料，例如：獲取正文
- STORE：改變與訊息相關資料，例如：設定郵箱已讀、刪除狀態等
- COPY：拷貝指定的訊息
- UID：返回 UID 列表用於 FETCH