邮件系统的实现原理和协议解析

一、Email的原理    

       Email邮件系统由用户代理MUA-->输出队列Outgoing Queue-->报文传输代理message transfer agent -->邮箱mailbox组成。具体流程如下：

1、 客户机通过邮件用户代理将邮件发送到输出队列，等待发送

2、 邮件通过发送方的传输代理进行传送，传送给接收方的传输代理MTA

3、 MTA传送给邮箱-收件方的用户代理MUA，最终传递给客户机

       其中邮件核心部分

1、 MTA负责完成邮件的存储和转发

2、 两个MTA之间通过TCP协议连接

3、 MTA使用的主要协议有SMTP、POP3 

二、Email编码标准

       一般电子邮件在送达到收件人的过程中，要经过多台主机的转接、传输服务。如果多台主机间编码方式不同，如分别使用ASCII或8-bit clean，邮件可能会被破坏。所以无论邮件的内容是汉字或图片，在发送之前都统一进行编码。

       常见的email编码有：

1、UU编码 unix-to-unix encoding，使用UU编码后的内容形如 ?7T]/*O/[“TL+KU*W

2、MIME编码 multipurpose internet mailextension，多媒体邮件传送模式，可传送各种格式的多媒体文件。MIME编码中定义了两种编码方式Base64和QP（Quote-printable）。

       1）QP适用于非ASCII码的文字内容，例如中文文件，编码之后的外观类似于“=C2=D2=EB=AD=C0”，它将8位字符表示为3位（1个=和两个十六进制数），一个汉字一般都以两个8位字符表示，故使用QP会编码成6个字符，例如“=C2=D2”表示“乱”字。

       2）Base64一般用于以附件的方式发出的各种文件进行编码，邮件头上会有“Content-Transfer-Encoding：base64”字样。

        编码方式不会影响编码之后的文件大小，一般具有MIME编码功能的email软件大多能自动判别邮件的编码方式，然后自动选择base64或QP进行解码。

三、Email邮件协议

1、POP3协议

       post office protocol version 3,现在常用的是第三版，所以简称为 POP3。POP3协议能够让客户端程序提取驻留在服务器的邮件。用于电子邮件的接收。POP3 采用Client/Server工作模式。当客户机需要服务时，客户端的软件（Outlook Express或FoxMail）将与POP3服务器建立TCP连接，此后要经过POP3协议的三种工作状态，

       1） 认证状态：首先是认证过程，确认客户机提供的用户名和密码

       2）处理状态：在认证通过后便转入处理状态，在此状态下用户可收取自己的邮件或做邮件的删除。

       3）更新状态：在完成响应的操作后客户机便发出quit命令，此后便进入更新状态，将做删除标记的邮件从服务器端删除掉。到此为止整个POP过程完成。   

        客户端常用命令：

       1)Stat 获取邮箱的状态如邮件数量及大小

       2)RETR msg 下载指定邮件

       3)DELE msg 将指定邮件标记为删除

       4)QUIT 结束会话

2、IMAP协议

       Internet Message Access Protocol，主要提供的是通过Internet获取信息的一种协议。IMAP像POP那样提供了方便的邮件接收下载服务，让用户能进行离线阅读，但IMAP能完成的却远远不只这些。IMAP提供的摘要浏览功能可以让你在阅读完所有的邮件到达时间、主题、发件人、大小等信息后才作出是否下载的决定。也就是说，当用户PC机上的IMAP客户端程序先支持看到邮件的首部信息，当用户需要打开某个邮件时，该邮件才会传到用户邮箱文件夹。在用户未发出删除邮件的命令之前，邮件会在IMAP邮箱服务器（支持IMAP协议的邮箱服务器）中一直保存着。

3、SMTP协议

       Simple mail transfer protocol，用于定义邮件传输的协议，基于TCP的应用层协议。目标是向用户提供高效、可靠的邮件传输。它能够在传送中接力传送邮件，即邮件可以通过不同网络上的主机接力式传送。工作在两种情况下：一是电子邮件从客户机传输到服务器；二是从 某一个服务器传输到另一个服务器。 SMTP是个请求/响应协议，它监听25号端口，用于接收用户的邮件请求，并与远端邮件服务器建立SMTP连接。

       客户端常用命令：

       1)HELO 客户端向对方邮件服务器发出标示自己的命令。

       2)Mail From用来标示发送者的邮件地址

       3)RCPT TO 标示接受者的邮件地址，如果邮件接收者不是本地用户，说明希望对方邮件服务器为自己转发Relay该邮件，如果该邮件服务器允许转发，表示此邮件服务器是open relay的。否则说明该邮件服务器不允许relay。

       通常，登录web可使用mail等客户端直接阅读邮件，但如果希望使用本地的MUA如foxmail、outlook阅读邮件，则本地客户端通过POP3或IMAP协议与邮件服务器交互，将邮件传递到本地客户端（Foxmail） 

四、WEB邮件系统结构及实现

1、结构

       WEB邮件系统是结合了email和WWW的邮件系统，客户端通过浏览器进行邮件的编写阅读接收发送。 

       客户端（浏览器）——>WWW服务器（服务器扩展MUA）—POP3—>MTA——>邮箱

       1） 用户通过浏览器访问WWW服务器，而WWW服务器通过扩展（如使用ASP\PHP等）来完成MUA的功能

       2） MUA访问MTA来获取邮件，MTA从邮箱中获取邮件进行传递

       3）MUA通过WWW服务器返回给客户端浏览器

2、实现

       1）Dephi实现MTA邮件服务器端的功能-每个用户使用单独的目录进行管理，按照日期保存并提供详尽的日志管理。对用户提供了过滤邮件、群组邮件、管理通讯录等功能功能

       2）PHP实现MUA客户端-使用PHP实现了POP3协议，MIME编码和QP编码，使用户在浏览器环境下完成email邮件系统的基本功能。 

       通过功能，将邮件服务器分为SMTP服务器（MTA传送作用）、POP3服务器（MUA接收邮件作用）,编码主要是调用相关协议的命令实现信息交互和邮件传递。 

五、Java Mail API

       Java mail API  java提供的公用API，支持各种电子邮件协议，如IMAP\POP3\SMTP。其核心类归纳如下：

1、 javax.mail.Session

       定义了基本邮件会话，所有类均继承与Session，从properties对象中获取信息，如邮件发送服务器、 发送协议、接受协议、用户名密码以及整个应用程序中的共享其他信息。

2、 javax.mail.Store 

       Store是访问接收邮件服务器上邮件账户的入口，通过store类的getFolder方法可访问到指定邮件文件夹

3、javax.mail.Folder

       Folder代表邮件文件夹，用于分析组织邮件，通过folder类可访问邮件夹中的邮件

4、javax.mail.Message

       Message类代表电子邮件，封装了邮件信息，包括地址、邮件标题、发送日期、接受日期、邮件内容等。

5、javax.mail.Address

       邮件地址，是一个抽象类，常用子类为javax.mail.internetAddress.

6、javax.mail.Transport

       指定邮件的发送协议（通常是SMTP），通过指定的邮件服务器来发送邮件，也是一个抽象类，提供了send(Message)静态方法来发送邮件 

六、SSL传输加密

       Internet上传输存在链各个不安全因素：传递过程中用户信息被截获、用户访问的web站点为个人网上欺骗非法站点。 

       SSL是保证网络上两个节点之间进行安全通信的机制，SSL可以用来建立安全的网络连接，网络通信协议如HTTP和IMAP都采用了SSL机制，把采用SSL机制的HTTP称为HTTPS，使用SSL加密技术后，当数据从一方发送到另一方时，发送方先对数据进行假面，然后把密文发送给对方。保证在网络上传输的是经过加密的数据，即使被截获，由于没有秘钥，也无法获取明文。接收方接收后先对数据进行解密，再进行处理，实现会话双方信息的安全传递，保证信息的保密性完整性。