電子郵件的組成：信封、首部和正文
電子郵件由三部分組成，下圖是 Client 發送的整個數據：
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信封（envelope）
信封是 MTA 用來交付的，在上例中由兩個 SMTP 命令指明；
MAIL From: rstevens@sun.tuc.noao.edu
RCPT To: estevens@noao.edu -
首部（header）
首部由用戶代理使用，上例中可以看到 9 個首部字段：Recived、Message-Id、From、Date、Reply-To、X-Phone、X-Mailer、To 和 Subject
（以 X- 開頭的是用戶定義的字段，其他是由 RFC 822 定義的，詳見 4.1 節） -
正文（body）
正文是發送用戶發給接收用戶報文的內容，RFC 822 指定正文為 NVT ASCII 文字行，用 DATA 命令發送的各行都必須小於 1000 字節
用戶接收我們指定為正文的部分，加上一些首部字段，並把結果傳到 MTA；MTA 加上一些首部字段，加上信封，並把結果發送到另一個 MTA
（更多實現細節，詳見 RFC 2821）
用 TCP 進行的郵件交換是由報文傳送代理 MTA（Message Transfer Agent）完成的。
TCP/IP 交換電子郵件示意圖：
郵件基礎協議
郵件基礎的網絡協議有以下三個，一般我們使用 SMTP 協議來發送郵件，POP3 和 IMAP 協議來接收郵件（從服務端接收郵件至客戶端）
- 下表中 IMAP 協議支持發送郵件並不是郵件投遞，而是通過 append 指令將郵件從客戶端上傳到服務端
| 協議 | 工作端口(括號內為 SSL) | 支持發送郵件 | 支持接收郵件 |
|---|---|---|---|
| SMTP | 25(465) | True | False |
| POP3 | 110(995) | False | True |
| IMAP | 143(993) | True | True |
SMTP
兩個 MTA 之間通過 NVT ASCII 進行通信，客戶向服務器發出命令，服務器用數字應答碼和可選的人可讀字符串進行響應
下圖是 SMTP 的一個交互會話過程：
- 鍵入 mail -v 啟動用戶代理； 鍵入 subject（主題）和正文
- 主動打開 port:25 ；等待從 Server 返回的問候報文（應答碼220）
- HELO：標識自己（參數必須是合格的主機名）
- MAIL：標識報文發起人
- RCPT：標識接收方（可發多次，標識多個接收方）
- DATA：郵件報文內容
- QUIT：結束郵件交換
下圖是發送方 SMTP（Client）和接收方 SMTP（Server）之間的一個 SMTP 連接：
SMTP 指令
最小SMTP支持 8 個命令，除了上述 5 個命令還有：
- RSET：異常中止當前的郵件事務並使兩端復位。丟掉所有有關發送方、接收方或郵件的存儲信息
- VRFY：使客戶詢問發送方以驗證接收方地址，而無需向發送方發送郵件（通常用與管理員查找郵件交付差錯中使用）
- NOOP：強迫服務器響應一個OK應答碼（200）
（另外還有一些附加可選命令）
SMTP 用半雙工的形式使用 TCP，客戶發送一個命令后停止等待應答；實際上 Client 可以一次發多個命令，稱為流水線技術（pipelining）
如果使用了這種技術，Client 則不能丟棄報文直到所有的應答都已檢查過，確認報文被服務器接收了
使用 Telnet 模擬 SMTP 發送郵件
POP3
POP3 協議相對 SMTP/IMAP 要簡單一些，協議的指令也不多
POP3 的生命周期
POP3 命令以 CRLF 對結束，特定命令多行響應，以 CRLF.CRLF 結束
在服務器打開郵件后，它為每個消息指定一個消息號，並以八進制表示每個消息的長度。第一個消息被指定為 1，第二個消息被指定為 2，以此類推，第 N 個消息被指定為 N
在POP3命令和響應中，所以的消息號和長度以十進制表示
AUTHORIZATION
- USER ：客戶確認身份（參數：username）
- PASS ：身份確認完成
- QUIT ：終止 POP3 會話
- APOP ：用於替代 USER 和 PASS 命令，它以 MD5 數字摘要的形式向POP3郵件服務器提交帳戶密碼（參數：用戶名/密鑰）（該命令實現可選）
安全性：每個 POP3 會話都以 USER/PASS 互換開始，導致了用戶名和口令在網絡上的顯式傳送，當服務連接頻率變大、時間間隔小，就會加大了泄密的可能
（使用APOP：隨着密鑰長度的增加，解讀的難度也會上升）
TRANSACTION
操作狀態下的命令：
- STAT ：查詢郵箱中的統計信息（郵件數量和所有郵件大小）
- LIST ：列出郵箱中的所有郵件信息（消息號/大小）（參數：MSG 列出對應消息號的郵件信息）
- RETR ：獲取某封郵件的內容（參數：MSG）
- DELE ：將某封郵件標記為刪除（參數：MSG）（被標記的郵件直到當前會話進入 UPDATE 狀態才被刪除）
- NOOP ：檢測連接狀況
- RSET ：取消刪除標記
UPDATE
當客戶在 AUTHORIZATION 狀態下發送 QUIT 命令后，會話進入 UPDATE 狀態
如果會話因為 QUIT 命令以外的原因中斷，會話並不進入 UPDATE 狀態，也不從服務器中刪除任何信件
（更多實現細節，詳見 RFC 1939）
IMAP
IMAP 協議通過 port：143 來提供電子郵件的收發服務，和 POP3 被用來提供電子郵件客戶端服務（從服務器檢索電子郵件）
相對於 POP3，IMAP 支持多個電子郵件客戶端同時管理郵箱，並可以通過郵件的標簽/狀態，監測到其他用戶對於郵件的操作
IMAP 還支持在線/離線兩種操作模式，客戶端可以獲得郵件副本存儲在本地
標志消息屬性
與郵件關聯的有一個或多個 token list，將 flag 添加至列表可以設置郵件的屬性，每個 flag 可以設置為永久的或臨時的（當前會話）
| \Seen | 郵件已閱讀 |
| \Answered | 郵件已回復 |
| \Flagged | 郵件被標記為緊急/特別關注 |
| \Delete | 郵件被標記刪除（to EXPUNGE） |
| \Draft | 郵件被標記為草稿 |
| \Recent | 郵件最近到達該郵箱（本次會話是首次收到當前郵件通知） |
具體的實現與服務器相關
狀態和流程圖
Client 和 Server 建立好連接后，IMAP 連接處於四種狀態之一
最初的狀態在服務器的 greeting 報文中標識，客戶端在不當狀態中嘗試的命令服務器都將以 BAD/NO 響應（取決於實現）
- Not Authenticated State ：未經認證的狀態，連接啟動時進入該狀態，除非已進行預驗證
- Authenticated State：認證狀態，可選擇郵箱進行訪問
- Selected State：選定狀態，已選擇一個郵箱訪問
- Logout State：退出狀態，連接正在終止（LOGOUT 命令）
服務器必須發送 BYE 響應來關閉連接，同樣的，客戶端應該發送 LOGOUT 命令來關閉連接
如果服務器檢測到客戶端單方面關閉了連接，則可以省略 BYE 響應
IMAP 命令
下面羅列一些常見的 IMAP 命令
客戶端命令 —— 任何狀態
- CAPABILITY：查詢服務器實現的功能
- NOOP：檢測連接
- LOGOUT：終止當前連接
客戶端命令 —— 未經認證的狀態
- STARTTLS：與服務器使用 TLS 進行交互
- AUTHENTICATE：與服務器的認證機制
- LOGIN：鑒權登陸，輸入用戶名與密碼
客戶端命令 —— 認證狀態
- SELECT：選擇郵箱
- EXAMINE：以只讀方式選擇郵箱
- CREATE：創建一個郵箱
- DELETE：刪除一個郵箱
- RENAME：重命名郵箱
- SUBSCRIBE：訂閱指定郵箱
- UNSUBSCRIBE：取消訂閱郵箱
- LSUB：返回訂閱郵箱列表
- APPEND：追加一個State，例如可以保存一封新的郵件
客戶端命令 —— 選定狀態
- CHECK：檢查當前服務器狀態(例如：磁盤，內存等)
- CLOSE：永久刪除所有消息
- EXPUNGE：永久刪除所有消息，與 CLOSE 不同的是，將返回每個消息標識
- SEARCH：類似 find 命令,功能很強大可以按照不同條件搜索郵件
- FETCH：檢索與消息相關數據，例如：獲取正文
- STORE：改變與消息相關數據，例如：設置郵箱已讀、刪除狀態等
- COPY：拷貝指定的消息
- UID：返回 UID 列表用於 FETCH