電子郵件是因特網(wǎng)上最為流行的應用之一。如同郵遞員分發(fā)投遞傳統郵件一樣，電子郵件也是異步的，也就是說(shuō)人們是在方便的時(shí)候發(fā)送和閱讀郵件的，無(wú)須預先與別人協(xié)同。與傳統郵件不同的是，電子郵件既迅速，又易于分發(fā)，而且成本低廉。另外，現代的電子郵件消息可以包含超鏈接、HTML格式文本、圖像、聲音甚至視頻數據。我們將在本文中查看處于因特網(wǎng)電子郵件核心地位的應用層協(xié)議。但在深入討論這些協(xié)議之前，讓我們先概覽一下因特網(wǎng)郵件系統及其重要部件。
下圖展示了因特網(wǎng)郵件系統的高層概貌。我們看到，該系統由三類(lèi)主要部件構成:用戶(hù)代理、郵件服務(wù)器利簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議(simple Mail Transfer Protocol，簡(jiǎn)稱(chēng)SMTP)。我們將在這樣的上下文中說(shuō)明每類(lèi)部件:發(fā)信人A1ice給收傳人Bob發(fā)送一個(gè)電于郵件消息。用戶(hù)代理允許用戶(hù)閱讀、回復、轉寄、保存和編寫(xiě)郵件消息(電子郵件的用戶(hù)代理有時(shí)稱(chēng)為郵件閱讀器，不過(guò)我們在本文中避免使用這個(gè)說(shuō)法)。Alice寫(xiě)完電子郵件消息后，她的用戶(hù)代理把這個(gè)消息發(fā)送給郵件服務(wù)器，再由該郵件服務(wù)器把這個(gè)消息排入外出消息隊列中。當Bob想閱讀電子郵件消息時(shí)，他的用戶(hù)代理將從他在其郵件服務(wù)器上的郵箱中取得郵件。20世紀90年代后期，圖形用戶(hù)界面(GUI)的電子郵件用戶(hù)代理變得流行起來(lái)，它們允許用戶(hù)閱讀和編寫(xiě)多媒體消息。當前流行的用戶(hù)代理包括Ootlook,foxmail等。公共域中還有許多基于文本的電于郵件用戶(hù)代理，包括mail、pine和elm。
圖1 因特網(wǎng)電子郵件系統概貌
郵件服務(wù)器構成了電子郵件系統的核心。每個(gè)收信人都有一個(gè)位于某個(gè)郵件服務(wù)器上的郵箱(mailbox)。Bob的郵箱用于管理和維護已經(jīng)發(fā)送給他的郵件消息。一個(gè)郵件消息的典型旅程是從發(fā)信人的用戶(hù)代理開(kāi)始，游經(jīng)發(fā)信人的郵件服務(wù)器，中轉到收信人的郵件服務(wù)器，然后投遞到收信人的郵箱中。當Bob想查看自己的郵箱中的郵件消息時(shí)，存放該郵箱的郵件服務(wù)器將以他提供的用戶(hù)名和口令認證他。Alice的郵件服務(wù)器還得處理Bob的郵件服務(wù)器出故障酌情況。如果Alice的郵件服務(wù)器無(wú)法把郵件消息立即遞送到Bob的郵件服務(wù)器，A1ice的服務(wù)器就把它們存放在消息隊列(message queue)中，以后再?lài)L試遞送。這種嘗試通常每30分鐘左右執行一次:要是過(guò)了若干天仍未嘗試成功，該服務(wù)器就把這個(gè)消息從消息隊列中去除掉，同時(shí)以另一個(gè)郵件消息通知發(fā)信人(即Alice)。
簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議(SMTP)是因特網(wǎng)電子郵件系統首要的應用層協(xié)議。它使用由TCP提供的可靠的數據傳輸服務(wù)把郵件消息從發(fā)信人的郵件服務(wù)器傳送到收信人的郵件服務(wù)器。跟大多數應用層協(xié)議一樣，SMTP也存在兩個(gè)端:在發(fā)信人的郵件服務(wù)器上執行的客戶(hù)端和在收信人的郵件服務(wù)器上執行的服務(wù)器端。SMlP的客戶(hù)端和服務(wù)器端同時(shí)運行在每個(gè)郵件服務(wù)器上。當一個(gè)郵件服務(wù)器在向其他郵件服務(wù)器發(fā)送郵件消息時(shí)，它是作為SMTP客戶(hù)在運行。當一個(gè)郵件服務(wù)器從其他郵件服務(wù)器接收郵件消息時(shí)，它是作為SMTP服務(wù)器在運行。
#P#SMTP
SMTP在RFC 821中定義，它的作用是把郵件消息從發(fā)信人的郵件服務(wù)器傳送到收信人的郵件服務(wù)器。SMIP的歷史比HTTP早得多，其RFC是在1982年編寫(xiě)的，而SMTP的現實(shí)使用又在此前多年就有了。盡管SMTP有許多奇妙的品質(zhì)(它在因特網(wǎng)上的無(wú)所不在就是見(jiàn)證)，但卻是一種擁有某些“古老”特征的傳統戰術(shù)。例如，它限制所有郵件消息的信體(而不僅僅是信頭)必須是簡(jiǎn)單的7位ASCII字符格式。這個(gè)限制在20世紀80年代早期是有意義的，當時(shí)因特網(wǎng)傳輸能力不足，沒(méi)有人在電子郵件巾附帶大數據量酌圖像、音頻或視頻文件。然而到了多媒體時(shí)代的今天，這個(gè)限制就多少顯得局促了——它迫使二進(jìn)制多媒體數據在文由SMTP傳送之前首先編碼成7位ASCII文本;SMTP傳送完畢之后，再把相應的7位ASCII文本郵件消息解碼成二進(jìn)制數據。HTTP不需要對多媒體數據進(jìn)行這樣的編碼解碼操作。
下面我們通過(guò)查看一個(gè)常見(jiàn)的情形來(lái)說(shuō)明SMTP的基本操作。假設Alice給Bob發(fā)送一個(gè)簡(jiǎn)單的ASCII文本郵件消息:
●Alice調用自己的電子郵件用戶(hù)代理，給出Bob的電子郵件地址(譬如說(shuō)bob@someschool.edu)，寫(xiě)好郵件內容，然后讓用戶(hù)代理發(fā)送本郵件消息。
●Alice的用戶(hù)代理把該郵件消息發(fā)送到她的郵件服務(wù)器中，由郵件服務(wù)器把該消息排人某個(gè)消息隊列中。
●運行在A(yíng)1ice的郵什服務(wù)器上的SMTP客戶(hù)端看到消息隊列中的這個(gè)郵件消息后，打開(kāi)一個(gè)到運行在Bob的郵件服務(wù)器主機上的SMTP服務(wù)器端的TCP連接。
●經(jīng)過(guò)最初的一些SMTP握手之后，SMTP客戶(hù)把A1ice的郵件消息發(fā)送到TCP連接上。
●在Bob的郵件服務(wù)器主機上，SMTP服務(wù)器收到這個(gè)郵件消息后，把這個(gè)消息投遞到Bob的郵箱中。
●Bob在方便的時(shí)候調用自己的電子郵件用戶(hù)代理閱讀該郵件消息。
圖2展示了上述情形。
圖2 alice的郵件服務(wù)器把郵件消息傳送到Bob的郵件服務(wù)器
需注意的是，SMTP通常不使用中間的郵件服務(wù)器主機中轉郵件，即便源端和目的端郵件服務(wù)器主機位于地球上相反的位置也一樣。假設Aiice的郵件服務(wù)器主機在香港，Bob的郵件服務(wù)器主機在阿拉巴馬州，那么所建立的TCP連接將是這兩臺服務(wù)器主機之間的連接。具體地說(shuō)，如果Bob的郵件服務(wù)器不工作了，那么A1ice發(fā)給Bob的郵件消息將存留在A(yíng)lice的郵件服務(wù)器中等待新的嘗試，而不會(huì )存放到某個(gè)中間的郵件服務(wù)器中。
下面查看SWPT把郵件消息從發(fā)送端郵件服務(wù)器傳送到接收端郵件服務(wù)器的具體過(guò)程。我們將看到，SMTP協(xié)議與人們用于面對面交互的禮儀之間有許多相似之處。首先，運行在發(fā)送端郵件服務(wù)器主機上的SMTP客戶(hù)，發(fā)起建立一個(gè)到運行在接收端郵件服務(wù)器主機上的SMTP服務(wù)器端口號25之間的TCP連接。如果接收郵件服務(wù)器當前不在工作，SMTP客戶(hù)就等待一段時(shí)間后再?lài)L試建立該連接。這個(gè)連接建立之后，SMTP客戶(hù)和服務(wù)器先執行一些應用層握手操作。就像人們在轉手東西之前往往先自我介紹那樣，SMTP客戶(hù)和服務(wù)器也在傳送信息之前先自我介紹一下。在這個(gè)SMTP握手階段，SMTP客戶(hù)向服務(wù)器分別指出發(fā)信人和收信人的電子郵件地址。彼此自我介紹完畢之后，客戶(hù)發(fā)出郵件消息。SMTP可以指望由TCP提供的可靠數據傳輸服務(wù)把該消息無(wú)錯地傳送到服務(wù)器。如果客戶(hù)還有其他郵件消息需發(fā)送到同一個(gè)服務(wù)器，它就在同一個(gè)TCP連接上重復上述過(guò)程;否則，它就指示TCP關(guān)閉該連接。
讓我們看一個(gè)客戶(hù)(C)和服務(wù)器(S)交互的例子?？蛻?hù)所在主機名為crepes.fr，服務(wù)器所在主機名為hamburger.edu。前面標以“C:”的ASCII文本行是客戶(hù)發(fā)送到它的TCP套接字中的完整文本行，前面標以“S:”的ASCII文本行是服務(wù)器發(fā)送到它的TCP套接字中的完整文本行。以下傳輸腳本在TCP連接建立之后馬上發(fā)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
在這個(gè)例子中，客戶(hù)發(fā)送了一個(gè)從郵件服務(wù)器主機crepes.fr到hamburger.edu的郵件消息，信體內容為:“Do you like ketchup?How about pickles?”?？蛻?hù)總共發(fā)出了5個(gè)命令，分別為:HELO，MAIL FROM，RCPT TO，DATA和QUIT。這些命令的含義是不言自明的。服務(wù)器給每個(gè)命令發(fā)回應答，其中每個(gè)應答都由應答碼和一些英語(yǔ)解釋(可選)構成。這里需指出的是，SMTP使用持久連接，也就是說(shuō)，如果發(fā)送郵件服務(wù)器有多個(gè)郵件消息需發(fā)送到同一個(gè)接收郵件服務(wù)器，那么所有這些消息可以在同一個(gè)TCP連接中發(fā)送。對于其中的每一個(gè)消息，客戶(hù)以一個(gè)新的“HELO crepes.fr”命令開(kāi)始整個(gè)消息發(fā)送過(guò)程，但是QUIT命令要等到所有消息都發(fā)送完之后才發(fā)出。
我們可以嘗試使用nc工具直接與SMTP服務(wù)器進(jìn)行對話(huà)。首先指定使用SMTP端口號25連接到某臺郵件服務(wù)器主機，這樣就在本地主機和該郵件服務(wù)器主機之間建立了一個(gè)SMTP使用的TCP連接。登錄完畢之后，應該立即收到來(lái)服務(wù)器的應答，接著(zhù)就可以在合適的時(shí)刻依次發(fā)出現SMTP命令了。如果你連接到你朋友的5MTP服務(wù)器，就可以用這種方式向你的朋友發(fā)送郵件了(也就是說(shuō)，不必使用郵件用戶(hù)代理)。當然你也可以使用更常見(jiàn)的telnet工具，不過(guò)我發(fā)現用telnet建立起連接后常會(huì )遇到一些輸入方面的問(wèn)題。
與HTTP的比較
我們簡(jiǎn)單地比較一下SMTP和HTTP。這兩個(gè)協(xié)議都是用于從一臺主機向另一臺主機傳送文件;HTTP用于從web服務(wù)器向Web用戶(hù)代理(即瀏覽器)傳送文件(或對象)，SMTP用于從一個(gè)郵件服務(wù)器向另一個(gè)郵件服務(wù)器傳送文件(也就是電子郵件消息)。在傳送文件時(shí)，SMTP和持久HTTP都使用持久連接?？梢?jiàn)，這兩個(gè)協(xié)議具有一些共同的特征，不過(guò)它們之間的差別也是顯著(zhù)的。首先，HTTP基本上是一個(gè)內拉式協(xié)議(pull protocol)——有人把信息上傳到web服務(wù)器中，用戶(hù)則在方便的時(shí)候使用HTTP把這些信息從服務(wù)器上拉過(guò)來(lái)。更確切地說(shuō)，TCP連接是由想要接收文件的主機發(fā)起的。SMIP則基本上是一個(gè)外推式協(xié)議(pushProtoco1)——發(fā)送端郵件服務(wù)器把文件推送給接收端郵件服務(wù)器。更確切地說(shuō)，TCP連接是由想要發(fā)送文件的主機發(fā)起的。
SMTP和HTTP的第二個(gè)重要差別是，SMTP要求包括信體部分在內的每個(gè)郵件消息都是7位ASCII文本格式。
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