邮件的协议及服务器工作原理

前言

相信大家在日常工作生活中少不了和邮件打交道，比如我们会用邮件进行信息交流，向上级汇报日常工作；再比如大家熟悉的某个WEB系统注册阶段，通常会有一个功能，点击发送到目标邮箱的链接完成账户激活。

但是邮件发送的原理是什么？邮件是如何发送的呢？本系列教程将会讲解邮件的基本常识与概念，邮件的协议以及邮件服务器的工作原理，然后用JavaMail发送邮件的基本实现过程，邮件内嵌图片等高级邮件技巧。相信大家看完后，一定会有所收获。

电子邮件的发送和接收过程

和以往博客一样，LZ这里先给出用户A从QQ邮箱发送邮件到用户B163邮箱的图示，然后对图示的过程进行详细的介绍：　

图示的六个步骤分别进行如下的说明：

①、用户A的电子邮箱为：xx@qq.com，通过邮件客户端软件写好一封邮件，交到QQ的邮件服务器，这一步使用的协议是SMTP,对应图示的①；

②、QQ邮箱会根据用户A发送的邮件进行解析，也就是根据收件地址判断是否是自己管辖的账户，如果收件地址也是QQ邮箱，那么会直接存放到自己的存储空间。这里我们假设收件地址不是QQ邮箱，而是163邮箱，那么QQ邮箱就会将邮件转发到163邮箱服务器，转发使用的协议也是SMTP，对应图示的②；

③、163邮箱服务器接收到QQ邮箱转发过来的邮件，也会判断收件地址是否是自己，发现是自己的账户，那么就会将QQ邮箱转发过来的邮件存放到自己的内部存储空间，对应图示的③；

④、用户A将邮件发送了之后，就会通知用户B去指定的邮箱收取邮件。用户B会通过邮件客户端软件先向163邮箱服务器请求，要求收取自己的邮件，对应图示的④；

⑤、163邮箱服务器收到用户B的请求后，会从自己的存储空间中取出B未收取的邮件，对应图示⑤；

⑥、163邮箱服务器取出用户B未收取的邮件后，将邮件发给用户B，对应图示的⑥；最后三步用户B收取邮件的过程，使用的协议是POP3;

上面的步骤可能大家不太明白，这里面出现了很多名词，比如邮件客户端软件，邮件服务器，SMTP和POP3协议（邮件传输协议）等等。不明白没关系，接下来我们来详细介绍这些名词。

1、邮件服务器

图示出现了两个邮件服务器，QQ和163邮件服务器。用户想要在网上收发邮件，必须要有专门的邮件服务器。邮件服务器我们可以假想为现实生活中的邮局。

如果按功能划分，邮件服务器可以划分为两种类型：

①、SMTP邮件服务器：用户替用户发送邮件和接收外面发送给本地用户的邮件，对应上图的第一、二步。它相当于现实生活中邮局的邮件接收部门（可接收普通用户要投出的邮件和其他邮局投递进来的邮件）。

②、POP3/IMAP邮件服务器：用户帮助用户读取SMTP邮件服务器接收进来的邮件，对应上图的第六步。它相当于专门为前来取包裹的用户提供服务的部门。

2、电子邮箱

电子邮箱也称为E-mail地址，比如用户A的xx@qq.com，和用户B的xx@163.com。用户能通过E-mail地址标识自己发送的电子邮件，同时也可以通过这个地址接收别人发来的电子邮件。电子邮箱需要到邮件服务器进行申请，也就是说，电子邮箱其实就是用户在邮件服务器上申请的账户。邮件服务器会把接收到的邮件保存到为该账户所分配的邮箱空间中，用户通过用户名密码登录到邮件服务器查收该地址已经收到的邮件。一般来讲，邮件服务器为用户分配的邮箱空间是有限的。

3、邮件客户端软件

我们可以直接在网站上进行邮件收发，也可以用邮件客户端软件。比如常见的FoxMail，Outlook Express。邮件客户端软件通常集邮件撰写，发送和收发功能于一体，主要用于帮助用户将邮件发送给SMTP邮件服务器和从POP3/IMAP邮件服务器读取用户的电子邮件。

4、邮件传输协议

电子邮件需要在邮件客户端和邮件服务器之间，以及两个邮件服务器之间进行邮件传递，那就必须要遵守一定的规则，这个规则就是邮件传输协议。下面我们分别简单介绍几种协议（后面会详细讲解）：

①、SMTP协议：全称为 Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议。它定义了邮件客户端软件和SMTP邮件服务器之间，以及两台SMTP邮件服务器之间的通信规则。

②、POP3协议：全称为 Post Office Protocol，邮局协议。它定义了邮件客户端软件和POP3邮件服务器的通信规则。

③、IMAP协议：全称为 Internet Message Access Protocol,Internet消息访问协议，它是对POP3协议的一种扩展，也是定义了邮件客户端软件和IMAP邮件服务器的通信规则。

使用Smtp协议手工发送邮件

SMTP协议：全称为 Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议。它定义了邮件客户端软件和SMTP邮件服务器之间，以及两台SMTP邮件服务器之间的通信规则。SMTP协议的通信双方采用一问一答的命令/响应形式进行对话，SMTP协议分为标准SMTP协议和扩展SMTP协议，标准SMTP协议是1982年在RFC821 文档中定义的，而扩展SMTP协议是1995年在RFC1869 文档中定义的。扩展SMTP协议在标准 SMTP协议基础上的改动非常小，主要增加了邮件安全方面的认证功能，现在我们说的SMTP协议基本上都是扩展SMTP协议。

RFC1869文档参考如下：https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1869

SMTP 协议中一共定义了18条命令，但是发送一封电子邮件的过程通常只需要6条命令，我将这6调命令/响应的语法格式总结如下

大家可能光看这些命令不太清楚，下面我总结了一下使用Smtp协议手工发送邮件的步骤：

①、和SMTP服务器建立连接，telnet smtp.163.com 25。这条命令是和163邮箱建立连接，如果是和QQ，那么将163换成qq即可，同理别的邮箱也是一样。后面的数字25表示SMTP服务器的端口号。

②、ehlo 发件人用户名。这没什么好说的，就是告诉SMTP服务器发送者的用户名。

③、选择登录认证方式，一般我们在第二步执行完后，会提示有几种认证方式，我们一般选择的是login。即输入命令：auth login

④、分别输入经过Base64加密后的用户名和密码。注意必须是要经过 Base64加密后的用户名和密码，大家可以网上在线转，也可以用后面给的代码进行转换。

⑤、指明邮件的发送人和收件人

mail from:<xxx@163.com>

rcpt to:<xxx@qq.com>

⑥、输入data命令，然后编写要发送的邮件内容，邮件的编写格式规则如下：

第一步：输入data

第二步：输入邮件内容　

from:<xxx@163.com>----邮件头发件人地址
to:<xxx@qq.com>   ----邮件头收件人地址
subject:hello world　 ----邮件头主题
 -----空行
This is the first email sent by hand using the SMTP protocol　----邮件的具体内容

⑦、输入“.”表示邮件内容输入完毕

⑧、输入quit命令断开与邮件服务器的连接

下面我用动图的形式给大家展示用Smtp协议手工发送邮件的前面三个步骤：

上面我执行到第4步，剩下的步骤我就直接截图了：

至此，我们一封邮件便发出去了，我们先登陆到QQ邮箱查看（后面我们通过POP3服务器来查收）：

SMTP发送邮件遇到问题

①、执行 telent smtp.163.com 25 命令时，报如下错误：

解决办法是：控制面板----程序------启动或关闭 Windows 功能----将Telnet勾上，然后点击确定即可

②、用户名和密码必须要base64加密，在线网站：http://www1.tc711.com/tool/BASE64.htm

③、每一步骤之间输入命令要尽量快，不然会自动断开连接

④、我上面是和163邮箱链接的，如果是和qq邮箱连接，会有一些问题。首先第一步建立连接为 telnet smtp.qq.com 587,端口号为587，不是25。还有第三步，选择认证方式，在执行 auth login之前，先执行：starttls。还有第四步，输入用户名和授权码，而不是用户名和密码，授权码的获取可以参考：

什么是授权码，它又是如何设置？_QQ邮箱帮助中心

⑤、输入邮件内容时，空行不要忘记了，还有结束输入是以“.”结束的。

使用POP3协议手工接收邮件

邮件服务商专门为每个用户申请的电子邮箱提供了专门的存储空间，SMTP 服务器将接收到的邮件保存到相应用户的存储空间。用户要从邮件服务提供商提供的电子邮箱中获取自己的电子邮件，那么就需要POP3 邮件服务器来完成。

POP3协议：全称为 Post Office Protocol，它定义了邮件客户端程序和POP3邮件服务器的通信规则。

下面我们演示用POP3协议手工接收邮件：

这是在 163 邮箱的一份邮件。（这里没有用qq邮箱演示是因为qq有很多安全限制，步骤比较繁琐，大家遇到问题了可以留言问我）

第一步：用telnet 连接POP3的163邮箱服务器

接下来收取邮件：

相关命令的详细解释如下：

RFC822 邮件格式

英文参考文档如下：

https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc822

RFC822 文档中定义的文件格式包括两个部分：邮件头和邮件体。在上一篇博客，我们通过SMTP服务发送一封邮件，然后用POP3服务器接收。邮件接收内容如下图红色框所显示：

这上面显示的不全，我这里将其内容整理出来，并在每行左边加上标号：

 
1 Received: from smtpbg5.qq.com (unknown [183.60.61.230])
        by mx6 (Coremail) with SMTP id OMCowACXv+ssf99ZD5FqAg--.5570S3;
        Thu, 12 Oct 2017 22:41:48 +0800 (CST)
2 DKIM-Signature: v=1; a=rsa-sha256; c=relaxed/relaxed; d=qq.com; s=s201512;
        t=1507819308; bh=N2xK6iU/bt0tcntOdutSQ3tkYXbTtOi08RT+HjuXmBc=;
        h=From:To:Subject:Mime-Version:Content-Type:Content-Transfer-Encoding:Date:Message-ID;
        b=lzBtxAWw0+HB1bGLkkCqlUeU4bvVoMxDp3UZTKq3YCIJt5Ypu4FkE0m5rrrpcxF0D
         W0/PQajrQTughLTmpjoudI5aDWjfrfkOc1Z0+ltaAraoZfdE5HmNQ0hxQstNa+IbjC
         GMVEzCOMikVm5qklyCz/1Lwd5mBJ90YkknS3sL08=
3 X-QQ-FEAT: Gf8h89u9tNwRjwDYIPPhYegibbvTgUmwr4I/ntV6mwr6YOyFiWpUpVj+bCsJz
        tAz24NjMs/p1D8BXG7LYvZRCPMPQV7jdW3AKjTclrSS9xE29fxWsEjYk5QlD1cMIuhHF9Po
        1HMwWKIZX8q6smehIwr+t/du8sprvHVue4ty5KMPeWw967qaAZgta5hcnRtgajhZRcIumVx
        r+K4/nY7I+wwNenOTfHT4Ly4K1Ne+vD7VNJbLHH674HEJ2CsoSEEBW7X/LeeSq6M=
4 X-QQ-SSF: 0001000000000010000000000000007
5 X-HAS-ATTACH: no
6 X-QQ-BUSINESS-ORIGIN: 2
7 X-Originating-IP: 113.57.253.69
8 X-QQ-STYLE:
9 X-QQ-mid: webmail4t1507819307t4823829
10 From: "=?ISO-8859-1?B?MTEzMjgwMzk1MQ==?=" <1132803951@qq.com>
11 To: "=?ISO-8859-1?B?MTgyNzEyNjU3MzI=?=" <18271265732@163.com>
12 Subject: hello world
13 Mime-Version: 1.0
14 Content-Type: multipart/alternative;
        boundary="----=_NextPart_59DF7F2B_08CB07D0_339F08F2"
15 Content-Transfer-Encoding: 8Bit
16 Date: Thu, 12 Oct 2017 22:41:47 +0800
17 X-Priority: 3
18 Message-ID: <tencent_9EFED46440A5BAD43E6BC680FAC8A58E460A@qq.com>
19 X-QQ-MIME: TCMime 1.0 by Tencent
20 X-Mailer: QQMail 2.x
21 X-QQ-Mailer: QQMail 2.x
22 X-QQ-SENDSIZE: 520
23 Received: from qq.com (unknown [10.137.130.92])
        by smtp.qq.com (ESMTP) with SMTP
        id ; Thu, 12 Oct 2017 22:41:47 +0800 (CST)
24 Feedback-ID: webmail:qq.com:bgweb:bgweb4
25 X-CM-TRANSID:OMCowACXv+ssf99ZD5FqAg--.5570S3
26 Authentication-Results: mx6; spf=pass smtp.mail=1132803951@qq.com; dki
        m=pass header.i=@qq.com
27 X-Coremail-Antispam: 1Uf129KBjDUn29KB7ZKAUJUUUUU529EdanIXcx71UUUUU7v73
        VFW2AGmfu7bjvjm3AaLaJ3UbIYCTnIWIevJa73UjIFyTuYvj4RWLvtDUUUU
28 This is a multi-part message in MIME format.
29 Content-Type: text/plain;
        charset="ISO-8859-1"
30 Content-Transfer-Encoding: base64
31 PGRpdj48c3BhbiBzdHlsZT0iZm9udC1mYW1pbHk6ICdsdWNpZGEgR3JhbmRlJywgVmVyZGFu
YSwgJ01pY3Jvc29mdCBZYUhlaSc7IGxpbmUtaGVpZ2h0OiAyMy44cHg7Ij5UaGlzIGlzIHRo
ZSBmaXJzdCBlbWFpbCBzZW50IGJ5IGhhbmQgdXNpbmcgdGhlIFNNVFAgcHJvdG9jb2w8L3Nw
YW4+PC9kaXY+

上面便是RFC822 所定义的邮件格式，从第 1 行到第 30 行都是邮件头，第 31 行是邮件体（经过base64加密过了，有兴趣的大家可以解码看看）。而邮件头和邮件体之间以一个空行间隔，邮件头部分是由多个头字段和字段内容组成，分别表示收件人，发件人，发件时间，主题等信息。还有一些信息是对应的SMTP服务器在邮件传递过程中所加上的，我们知道现实生活中的邮局在处理邮件时，通常都会在信封上加上邮戳，表示这封邮件在什么时候经过了哪个邮局哪个部门处理，我们上个例子是QQ邮箱发给163邮箱的。而SMTP服务器按从下往上的方式添加信息，即先添加的字段位于后添加字段的后面。所以qq的SMTP服务器会先添加头字段，但是添加的字段会在163的SMTP服务器添加字段的下面，另外 POP3服务器也会自己添加一些字段。

每一个邮件头以“字段名：字段值”的格式出现，即每一行邮件头的内容依次由字段名、冒号、空格、字段值、回车换行符组成。RFC822文档中定义了多个标准的邮件头字段，每一个邮件头字段表示一种特定的信息。邮件头中也可以包含自定义的头字段，这种自定义的头字段通常是某个组织或机构内部专用的。下面是对一些主要的邮件头字段的解释：

我们从上可以知道，RFC822文档存在两个问题：

①、定义了邮件内容的主体结构和各种邮件头字段的详细细节，但是，它没有定义邮件体的格式，RFC822文档定义的邮件体部分通常都只能用于表述一段普通的文本，而无法表达出图片、声音等二进制数据。

②、SMTP服务器在接收邮件内容时，当接收到只有一个“.”字符的单独行时，就会认为邮件内容已经结束，如果一封邮件正文中正好有内容仅为一个“.”字符的单独行，SMTP服务器就会丢弃掉该行后面的内容，从而导致信息丢失。

上面两个问题是致命的，当今的电子邮件，人们希望在电子邮件中嵌入图片、声音、动画和附件。但是，由于图片和声音等内容是非ASCII码的二进制数据，而RFC822邮件格式只适合用来表达纯文本的邮件内容，所以，要使用RFC822邮件格式发送这些非ASCII码的二进制数据时，必须先采用某种编码方式将它们“编码”成可打印的ASCII字符后再作为RFC822邮件格式的内容。邮件阅读程序在读取到这种经过编码处理的邮件后，再按照相应的解码方式解码出原始的二进制数据，这样就可以借助RFC822邮件格式来传递多媒体数据了。这种做法需要解决一下两个技术问题：

一、邮件阅读程序如何知道邮件中嵌入的原始二进制数据所采用的编码方式；

二、邮件阅读程序如何知道每个嵌入的图像或其他资源在整个邮件内容中的起止位置。

为了解决上面两个问题，人们后来专门为此定义了MIME（Multipurpose Internet Mail Extension，多用途Internet邮件扩展）协议。

MIME协议

MIME协议用于定义复杂邮件体的格式，它可以表达多段平行的文本内容和非文本的邮件内容，例如，在邮件体中内嵌的图像数据和邮件附件等。另外，MIME协议的数据格式也可以避免邮件内容在传输过程中发生信息丢失。MIME协议不是对RFC822邮件格式的升级和替代，而是基于RFC822邮件格式的扩展应用。一言以蔽之，RFC822定义了邮件内容的格式和邮件头字段的详细细节，MIME协议则是定义了如何在邮件体部分表达出的丰富多样的数据内容。

一个采用了MIME协议的电子邮件就叫做MIME邮件，MIME邮件在RFC822文档中定义的邮件头字段的基础上，扩充了一些自己专用的邮件头字段，例如，使用MIME-Version头字段指定MIME协议的版本，使用Content-Type头字段指定邮件体的MIME类型，使用Content-Transfer-Encoding头字段指定编码方法，如下所示：　

MIME-Version:1.0
Content-Type:multipart/mixed;boundary="----=_NextPart_000_0050_01C"

其中，“multipart/mixed”部分说明邮件体中包含有多段数据，每段数据之间使用boundary属性中指定的字符文本作为分隔标识符。另外，MIME邮件也扩展了RFC822文档中已经定义了的邮件头字段的内涵，例如，定义了subject头字段中的值内容的格式，以便通过编码的方式让邮件主题中也可以使用非ASCII码的字符。subject头字段中的值嵌套在一对“=?”和“?=”标记符之间，标记符之间的内容由三部分组成：邮件主题的原始内容的字符集、当前采用的编码方式、编码后的结果，这三部分之间使用“?”进行分隔。

以上就是邮件的协议及服务器工作原理的详细内容，更多关于邮件协议服务器的资料请关注编程网其它相关文章！