Internet 应用 - 电子邮件服务

1. Internet应用- 电子邮件服务

2. 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

3. 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email地址的形式是： 用户名@主机域名 这里@念作“at”，意思为“在”。 • @左边是用户名或用户所使用的电子邮箱名。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。 • 例如清华大学的域名是tsinghua.edu.cn，所以tsg@tsinghua.edu.cn就是清华的某email地址。

4. 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 DNS将 email 地址中的主机域名转换成邮件服务器的IP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MX。例如：从域 tsinghua.edu.cn 的 DNS 资源记录 MX，可以得到邮件服务器域名mail.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

5. 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 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(addressbook)有类似的功能。

6. 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MTA(Message Transfer Agent)和邮件用户代理UA(User Agent)。 • 报文传输代理MTA相当于邮局，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，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UA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。

7. 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Sendmail 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 Qmail及Wietse Venema开发的Postfix，都希望提供更快、更安全、更容易管理的 MTA 来替换 Sendmail。

8. 电子邮件系统及其协议(续) • 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 和Outlook 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...

9. 电子邮件系统及其协议(续) • 报文传输代理之间使用简单邮件传输协议SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) 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 (Post Office Protocol-Version 3) 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。

10. SMTP 电子邮件系统及其协议(续) Netscape Messenger Outlook Express POP3 IMAP4 POP3 IMAP4 pop server imap server pop server imap server MTA MTA

11. 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。 命令 MTA发送方 MTA接收方 回答 SMTP客户 SMTP服务器

12. 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ASCII字符串，命令和回答都有确定的语法和语义。

13. 报文传输代理MTA及SMTP(续) SMTP的最小实现包括七条命令： • HELO<主机域名>开始会话 • MAIL FROM：<发送者email地址>开始一次邮件事务，指出邮件发送者 • RCPT TO：<接收者email地址>指出接收者 • DATA开始邮件报文 • RSET中止当前邮件事务 • NOOP无操作 • QUIT结束会话

14. 报文传输代理MTA及SMTP(续) 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) 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。

15. 报文传输代理MTA及SMTP(续) (2) 邮件传送：发送方每传送一个邮件称为一次邮件事务，MAIL，RCPT，DATA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 FROM：<发送者email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…。

16. 报文传输代理MTA及SMTP(续) • 发送方发一条或多条命令“RCPT TO：<接收者email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DATA； 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“.”。

17. 报文传输代理MTA及SMTP(续) (3) 连接关闭 • 发送方发命令QUIT，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。

18. 报文传输代理MTA及SMTP(续) SMTP的限制： • SMTP规定邮件报文是7位的ASCII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。

19. 报文传输代理MTA及SMTP(续) 扩展的SMTP—ESMTP(Extended SMTP)： • 扩展的SMTP增加了新命令EHLO，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”表示DATA后面传输8位字节的MIME报文；也可增加参数“SIZE=报文大小”(用十进制表示，单位是字节)等。

20. 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 ESMTP Sendmail…Thu, 2 Sep ... S：EHLO pku.edu.cn R：250 - tsinghua.edu.cn Hello pku.edu.cn, … R：250 - 8BITMIME R：250 - SIZE

21. SMTP的一次会话过程示例(续) S：MAIL FROM：<abc@pku.edu.cn> BODY=8BITMIME R：250 <abc@pku.edu.cn>…Sender and 8BITMIME ok S：RCPT TO：<uvw@tsinghua.edu.cn> R：250 <uvw@tsinghua.edu.cn> … Recipient ok S：DATA R：354 Enter mail, end with “.” on a line by itself

22. 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：QUIT R：221 tsinghua.edu.cn closing connection

23. 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。

24. 邮件用户代理及POP3(续) • POP3服务器启动后就在TCP端口110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。

25. 邮件用户代理及POP3(续) 授权状态： • 客户发送USER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PASS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。

26. 邮件用户代理及POP3(续) 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，称为事务(transaction)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。

27. 邮件用户代理及POP3(续) 更新状态： • 当客户发出QUIT命令时，POP3会话从事务状态进入第三个状态，称为更新(update)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。

28. POP3实现的命令

29. 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。

30. 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 oar pop3 server ready C：USER wrongid S：-ERR sorry, wrongid doesn’t get his mail here C：USER your_userid S：+OK your_userid is welcome here C：PASS your_password

31. POP3客户和服务器会话例(续) S：+OK your_userid’s maildrop has 2 messages (320 octets) C：STAT S：+OK 2 320 C：LIST S：+OK 2 messages (320 octets) S：1 120 S：2 220 S：.

32. POP3客户和服务器会话例(续) C：RETR 1 S：+OK 120 octets S：报文1的内容 S：. C：DELE 1 S：+OK message 1 deleted C：RETR 2 S：+OK 200 octets

33. POP3客户和服务器会话例(续) S：报文2的内容 S：. C：DELE 2 S：+OK message 2 deleted C：QUIT S：+OK oar pop3 server signing off (maildrop empty) C：<关闭连接> S：<等待下一连接>

34. POP3客户和服务器会话例(续) • 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…。

35. 报文协议RFC822 • Internet主机之间传送的报文是7位ASCII字符流。 • 每个报文分成两部分：报文头(message header)和报文体(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(header fields)组成，每个头字段的形式是： 字段名(field-name)：字段体(field-body)

36. 报文协议RFC822(续)

37. 报文协议RFC822(续) • 每个转发报文的MTA都加上字段 “Received：”，用 from 后跟转发主机，by 后跟接收主机及收到的时间，with 后跟传输协议 smtp 或 esmtp。 • 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和多媒体信息。 • 邮件报文格式RFC822极需扩充，提出了多用途Internet 报文扩展MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)。

38. 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-Version：1.0 Content-Type：类型/子类型 Content-Transfer-Encoding：7bit | 8bit |binary | base64 | quoted-printable

39. 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-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-Type：text/plain；charset=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 “Content-Transfer-Encoding：...” 指明数据的传输编码方式。

40. MIME传输编码—base64 基数 64 编码 ( base64 ) ： • 是根据Radix-64编码表将3个字节的二进制数据变换为4个可打印的ASCII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。

41. Radix-64编码表

42. MIME传输编码—quoted-printable 带引见符的可打印编码(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。

43. 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。

44. 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 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。

45. MIME报文类型 1.text(文本)：表示报文体是文本信息, 子类型有： • plain：基本子类型，表示无格式文本。 • html：表示报文体是用超文本标记语言写的。 2.message(邮件报文)：表明报文体中封装有其它邮件报文。子类型有： • rfc822：基本子类型，表明报文体是按RFC822封装的报文。 • partial：定义部分报文，允许太长的报文分段。

46. MIME报文类型(续) 3.image(图象)：表示报文体是静止图象, 子类型： • jpeg：表示 jpeg 格式的压缩图象。 • gif：表示 gif 格式的压缩图象。 4.audio/basic：表示PCM编码的音频数据。 5.video/mpeg：表示mpeg格式的视频数据。 6.application(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-stream：表示二进制数据。 • msword：表示Windows的Word文档。

47. MIME报文类型(续) 7.multipart(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，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：application/msword…。