Email System
电子邮件系统的组成
电子邮件（E-mail）是因特网上最早流行、目前仍最重要和最实用的应用之一。
电子邮件系统采用客户/服务器方式，由三个主要构件组成：
| 构件 | 角色 | 说明 |
|---|---|---|
| 用户代理（UA） | 用户接口 | 用户与电子邮件系统的接口，即邮件客户端软件。用于撰写、发送、接收和阅读邮件 |
| 邮件服务器 | 基础设施 | 发送和接收邮件，维护用户邮箱。包含大量邮箱和待转发的邮件缓存 |
| 协议 | 通信规则 | 邮件发送协议（如 SMTP）和邮件读取协议（如 POP3、IMAP4） |
电子邮件的基本收发过程
电子邮件的传送不是发送方用户代理直接发送到接收方用户代理，而是经过邮件服务器的中转：
- 发送方使用用户代理通过 SMTP 将邮件发送给发送方邮件服务器。
- 发送方邮件服务器通过 SMTP 将邮件发送给接收方邮件服务器。
- 接收方在方便的时候，使用用户代理通过 POP3（或 IMAP4）从接收方邮件服务器读取邮件。
这个过程类似于传统邮政：发件人把信投入邮箱 → 邮局分拣转发 → 收件人到邮局取信。电子邮件的”取信”是由接收方主动进行的，不是被动等待。
电子邮件的信息格式
电子邮件的信息格式由 RFC 5322 定义（原 RFC 822），它规定一个电子邮件由信封和内容两部分构成，内容又由首部和主体两部分构成：
- 信封：包含收件人和发件人的电子邮件地址。用户填写好首部后，邮件系统自动提取信息写入信封。用户不需要手动填写信封。
- 首部：包含一系列关键字，每行一个关键字加冒号：
From：发件人电子邮件地址（通常由邮件系统自动填入）。To：一个或多个收件人电子邮件地址。Cc：抄送人电子邮件地址。抄送人收到邮件后可看可不看、可回可不回。Subject：邮件主题，反映邮件的主要内容。
- 主体：邮件的正文内容，由用户自由撰写。
To 和 Subject 是最重要的两个关键字，往往是必填项。
MIME：多用途因特网邮件扩展
SMTP 有一个根本限制：只能传送 7 位 ASCII 码文本数据，不能传送：
- 可执行文件或其他二进制对象。
- 带有图片、音频或视频数据的多媒体邮件。
- 非英语国家的文字（中文、俄文、带有重音符号的法文或德文等）。
多用途因特网邮件扩展（MIME）就是为解决这个问题而提出的。
MIME 的核心作用：将非 ASCII 码数据转换为 ASCII 码数据后再用 SMTP 传送，接收方用 MIME 进行逆转换还原。
MIME 主要包括三方面的扩展：
- 新增 5 个邮件首部字段，提供有关邮件主体的信息（如 MIME 版本、内容类型、内容传送编码等）。
- 定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行标准化。
- 定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变。
MIME 不仅用于 SMTP，也用于后来同样面向 ASCII 码字符的 HTTP。
SMTP：邮件发送协议
简单邮件传送协议（SMTP）是电子邮件系统中的发送协议，采用 C/S 方式，使用 TCP 端口 25。
SMTP 的”推”（push）操作体现在：
- 发送方用户代理 → 发送方邮件服务器（推）。
- 发送方邮件服务器 → 接收方邮件服务器（推）。
SMTP 基本工作过程
SMTP 客户与服务器建立 TCP 连接后，通过一系列命令-应答交互完成邮件发送：
| 步骤 | 命令（客户 → 服务器） | 应答（服务器 → 客户） | 含义 |
|---|---|---|---|
| 1 | — | 220 服务就绪 |
建立 TCP 连接后服务器主动推送 |
| 2 | HELO 客户域名 |
250 OK |
客户表明身份 |
| 3 | MAIL FROM: <发件人地址> |
250 OK |
告知邮件来自谁 |
| 4 | RCPT TO: <收件人地址> |
250 OK |
告知邮件发给谁 |
| 5 | DATA |
354 开始接收 |
客户准备发送邮件内容 |
| 6 | 邮件内容（含首部和主体） | — | 客户发送邮件正文 |
| 7 | <CRLF>.<CRLF>（结束符） |
250 OK |
客户标记邮件结束 |
| 8 | QUIT |
221 关闭连接 |
客户请求释放 TCP 连接 |
邮件读取协议：POP3 与 IMAP4
邮件发送用 SMTP（推），邮件读取用 POP3 或 IMAP4（拉）。这两个都是拉（pull）协议。
| 维度 | POP3 | IMAP4 |
|---|---|---|
| 端口 | TCP 110 | TCP 143 |
| 标准状态 | 因特网正式标准 | 因特网建议标准 |
| 能力 | 简单、功能有限 | 功能强大 |
| 工作方式 | 下载到本地，有两种方式 | 联机协议，在服务器端操作邮件 |
| 服务器端管理 | 不支持（下载后本地操作） | 支持：创建文件夹、分类管理、搜索等 |
| 离线访问 | 下载后可在离线状态下阅读 | 需联网（联机操作） |
POP3 的两种工作方式：
- 下载并删除：邮件下载到本地后，从服务器邮箱中删除。换一台计算机就无法看到已读邮件。
- 下载并保留：邮件下载到本地后，在服务器上保留副本。多设备可反复获取同一封邮件。
IMAP4 的优势：用户在自己的计算机上就可以操控邮件服务器中的邮箱（创建文件夹、对邮件分类、移动邮件等），就像在本地操控一样。IMAP4 是联机协议——如果未联网，则不能操作服务器上的邮件。
基于万维网的电子邮件
现在越来越多的用户使用基于万维网的电子邮件（如 Gmail、网易邮箱等）。
两个邮箱位于同一邮件服务器时（例如用户 A 和 B 的邮箱都由图中的同一台网易邮件服务器管理）：
- 用户 A 使用浏览器登录，撰写并发送邮件 → HTTP。
- 用户 B 使用浏览器登录，读取收到的邮件 → HTTP。
- 用户与该邮件服务器之间使用 HTTP；邮件在服务器内部投递，不需要跨邮件服务器的 SMTP，也不需要浏览器使用 POP3。
“同一服务商”不必然等于“同一邮件服务器”。若服务商内部由多台邮件服务器分工，服务器之间仍可能经过邮件传送过程；判断时应看两个邮箱是否由同一服务器直接管理。
不同服务商之间的邮件收发（如网易用户向 Gmail 用户发邮件）：
- 用户 A 使用浏览器登录，撰写并发送 → HTTP。
- A 的邮件服务器使用 SMTP 将邮件发送给 B 的邮件服务器。
- 用户 B 使用浏览器登录，读取收到的邮件 → HTTP。
无论哪种方式，不同邮件服务器之间的中转始终使用 SMTP。万维网邮件只是把用户到服务器这一段从 SMTP/POP3 替换成了 HTTP。