笔记：互联网电子邮件架构

果然写笔记是最好的读书方式，这里的笔记绝不是对知识点的堆砌，而是要让没读过这书的人有一个大概的了解，或者让读过书的人有新的发现。

最高效的阅读便是从书中为自己寻找论据。

在我的日志中，“笔记”前缀表示我这是现学现卖，对内容没太多把握。

电子邮件的出现要比Web早得多，一直以来都可以算是互联网的核心服务之一。

应该说由于历史遗留问题，目前电子邮件的架构并不完美，但一直都没有合格的替代品出现。

电子邮件使用SMTP协议被发送，SMTP是一个“简单”的，基于纯文本的交互式协议，位于TCP之上。当A向B发送邮件时，A向B在25端口上发起TCP连接，使用SMTP协议向B传输一份邮件，同时指明发信人地址和收信人地址。

这时，A和B就可以称为邮件服务器，通常一个邮件服务器是既可以收信也可以发信的，即同时是SMTP服务器和SMTP客户端。作为一台服务器，需要保持时刻在线，以便随时接收新邮件。显然，用户是不会直接使用服务器的。

在经典的电子邮件架构中，在每个用户的个人计算机上，都有一个本地SMTP代理，它负责在本地收集邮件，并定时发往服务器。引入本地SMTP代理后，A向B发送邮件时，用户A将写好的邮件交给本地SMTP代理(通常是个人计算机上的一个用户程序)，本地SMTP代理通过SMTP协议将邮件发送到A的邮件服务器，A的邮件服务器再将邮件通过SMTP发送到B的邮件服务器。

本地SMTP代理和邮件服务器都会维护一个邮件队列，逐个发送邮件，当邮件无法送达时会进行几次重试，仍无法发送时会退回发信人。

邮件已经到达了B的邮件服务器，再来考虑B如何收信。B的个人计算机并不能保证时刻在线，也可能没有固定的IP地址，所以邮件服务器很难将新邮件发送到他的个人计算机上。

可以想象，SMTP是一个“推送”协议，当有新信息时，由发信人向收信人推送信息。而在从邮件服务器检查新邮件时，我们需要的可能是一种“拉取”协议，由收信人定时拉取新信息。

于是有了POP3, 它同样是在TCP之上的，基于纯文本的“简单”交互式协议。个人计算机上的POP3代理，定时使用POP3协议从邮件服务器检查新邮件，同时将新邮件下载到个人计算机。

除POP3以外还有功能更加复杂的IMAP协议，IMAP协议在POP3的基础上还支持同步阅读状态，搜索，建立文件夹对邮件进行分类等等功能。

SMTP代理和POP3(IMAP)代理分别代表了收信和发信，它们通常是一体的，称为邮件客户端，如Outlook, Thunderbird.

一封邮件除了正文之外，还可能有很多元信息，如收信人，发信人，日期，标题，收信来源等。这些键/值对信息以邮件报头的形式存在于一封邮件中，非常类似于HTTP中的报头。在早期的SMTP协议中，仅在邮件中支持ASCII字符，无法使用非ASCII字符(如中文)，也无法使用格式文本和嵌入附件。于是出现了MIME标准，通过将邮件正文(base64)编码，并添加特殊的报头信息，即可实现使用非ASCII字符，使用HTML, 嵌入图片和附件等功能。

形如 m@jybox.net 的电子邮件地址指明了该邮箱位于 jybox.net 这台服务器上，对应的用户名是 m, 显然我们可以通过DNS查询到jybox.net所对应的IP, 但电子邮件服务器并非由通常的A记录指定，而是有专门的MX记录。发信人通过向DNS查询邮件地址中域名的MX记录来找到收信人的邮件服务器。

我们再来考虑安全性问题，SMTP是可选验证的。在本地SMTP代理向邮件服务器提交邮件时，通常是需要验证用户名和密码的，因为邮件服务器只希望向它的用户而不是所有人提供邮件转发服务。而在邮件服务器间发送的邮件则无需验证，因为你需要接收来自所有人的邮件。

至于邮件拉取协议(POP3, IMAP)显然也需要验证，因为一个人只应当能够查看自己邮箱里的邮件。

至此，还没有任何方式来鉴定一封邮件的真伪，任何人都可以在向收信人邮件服务器发送邮件时伪造发信人地址。为此，你可以通过DNS在一个域名的TXT记录中查询到一份被称为SPF的记录，该记录指明了经过认证的，用于该域名的发信服务器的地址，若发信人不是这个地址，则可以认为邮件是伪造的。除此之外，还有一些手段可以对SMTP进行加密，签名，工作量证明，但它们不是业界标准的一部分或应用较少，这里不再介绍。

Hotmail是当年最为成功的，基于Web的免费邮件服务，现在几乎所有邮件服务提供商均支持通过Web发送和接收邮件，甚至不再提供SMTP和POP3/IMAP访问服务。

不过随着智能手机的普及，SMTP和POP3/IMAP又回来了。