SMTP協議解讀以及如何使用SMTP協議發送電子郵件

2022 年 4 月 20 日
筆記
http, MIME, pop3, smtp, 電子郵件協議

電子郵件協議中POP3協議用於接收郵件，SMTP協議用於發送郵件。SMTP的全稱為Simple Mail Transfer Protocol，也就是簡單郵件傳輸協議，字如其名。

相較於POP3而言，SMTP確實比較簡單。這裡的簡單並不是指SMTP的命令比POP3少，而是指SMTP的命令是有序的，而POP3的命令是無序的，理解這一點很重要。也就是說SMTP的命令是要組合在一起才能完成一次郵件發送任務，單獨調用每個命令的意義不大。POP3命令則不同，LIST、STAT、UIDL、TOP、RETR、DELE等命令都可以獨立使用，比如用LIST命令查看郵件清單，然後用RETR命令接收郵件。

簡單的另一層含義是：就socket編程而言實現發送數據要比實現接收數據簡單點。
比如接收數據時要判斷數據是否接收完畢。如果一條數據以回車換行結束，就需要判斷是否接收到了”\r\n”，從而確保讀取到一條完整的消息體。而發送數據則不需要考慮上述問題，你可以按照自己的節奏發送數據，可以一次將整個消息體發送出去，也可以不用考慮伺服器的死活一個位元組一個位元組發送數據，直至將整條消息發送完畢。
換句話說，接收數據要以流的方式進行，而不是簡單的開闢一個緩衝區，進行一次recv操作。 雖然大部分情況下這種方式也沒有問題，比如寫個Demo程式，但如果要讓你的網路程式非常健壯的話，最好以流的方式進行讀取。因為並不是每次對方都會按照你期望的方式發送數據給你，比如，你開闢了1024位元組緩衝區用於接收網路數據，但對方可能一次只給你發送一個位元組，或者發出了1025個位元組。

SMTP和HTTP協議一樣都屬於請求應答式協議，也就是一問一答，客戶端發送命令後，伺服器返迴響應內容。 SMTP的響應格式和HTTP協議的基本一樣，都是響應碼+響應描述。響應碼用三位數字表示，空格後則是響應資訊的描述，只是HTTP協議會多一個版本資訊。

這種一問一答式協議，在HTTP協議上體現的並不是很明顯，只有HTTP連接設置為Keep-Alive時，你才有機會使用GET或POST命令反覆與伺服器進行交互，否則只有一次問答的機會。

但在SMTP協議下這種一問一答的交互方式就非常明顯了。 主要原因是完成一次郵件的發送任務涉及到的步驟比較多，我把電子郵件的發送分為如下五個步驟：

1、建立會話；
2、身份認證；
3、發送郵件信封（發件人和收件人）；
4、發送郵件內容（郵件正文和附件）；
5、關閉會話；

SMTP的命令主要就分布在這五個步驟中。下面以網易的yeah郵箱（smtp.yeah.net伺服器）為例，具體說明這五個步驟的實現。C代表客戶端，S代表服務端。

一、建立會話

SMTP命令：HELO
該階段用於建立客戶端與SMTP伺服器的連接，在此基礎上，雙方進行友好的問候。SMTP伺服器的默認埠號是25，如果是支援SSL協議，則默認埠號是465。如果採用的是STARTTLS協議，則默認埠是587，所謂的STARTSSL其實就是SSL協議，只是開始會話前雙方客套一下，問一下對方你還支援SSL啊？

連接建立後，伺服器會發送一條歡迎語。接著你就需要問候一下伺服器，並帶上你的機器的名稱。如下：

S: 220 yeah.net Anti-spam GT for Coremail System (yeah[20141016])
C: HELO your-computer-name
S: 250 OK

二、身份認證

SMTP命令：AUTH LOGIN
該命令用於進行身份驗證，雖然這一步在SMTP協議中不是強制的要求，但目前幾乎所有的SMTP伺服器都需要進行身份認證。增加這一步可以大大減少垃圾郵件的存在，以及避免有人偽造其它發件人進行郵件的發送操作。
這一步中帳號和密碼需要進行base64編碼，包括伺服器發來的提示資訊也是base64編碼。
首先發送AUTH LOGIN命令，伺服器會返回「334 XNlcm5hbWU6」，「dXNlcm5hbWU6」解碼後為「username:」
UGFzc3dvcmQ6解碼為”Password:”
也就是提示用戶輸入用戶名和密碼。認證成功後返回235，注意返回的不是二百五（250）哦。 接著根據伺服器返回的提示，發送帳號（發件人的郵箱帳號）和密碼。

C: AUTH LOGIN
S: 334 dXNlcm5hbWU6
C: base64編碼後的帳號（發件人的郵箱帳號）
S: 334 UGFzc3dvcmQ6
C: base64編碼後的密碼
S: 235 Authentication successful

至於為何是base64編碼，可能是SMTP協議設計時考慮到用戶名和密碼的重要性，所採用的最簡單的「加密」手段。雖然base64隻是編碼方式，不是加密方式，但在早期控制台輸入命令的情況下，別人還是一下無法像記住明文一樣記住這些無規律的base64編碼。不過隨著SSL的應用，這些都已不重要了。

三、發送郵件信封

SMTP命令：MAIL FROM、RCPT TO
該階段是告訴伺服器發件人和收件人的郵箱地址，可以把這個階段想像為你在寫紙質信件的信封。MAIL FROM用於指定發件人郵箱，該郵箱地址其實就是上述身份認證中的帳號，如：
MAIL FROM: <[email protected]>
RCPT TO用於指定收件人郵箱，一次只能指定一個收件人地址，如果收件人有多個的話，可以多次發送RCPT TO命令。

C: MAIL FROM: <[email protected]>
S: 250 Mail OK
C: RCPT TO: <[email protected]>
S: 250 Mail OK
C: RCPT TO: <[email protected]>
S: 250 Mail OK

注意，郵件地址要用放入<>中，此外，每條命令發送完畢後，一定要判斷伺服器返回碼是否是250。 如果返回的不是二百五，說明你發送的地址可能是二百五，也就是不正確的地址，比如郵件地址中沒有@，或者在同一個郵箱系統中，SMTP伺服器發現收件人的地址並不存在，也就是沒有註冊過。

看到這裡可能有人會有疑問：我們通過郵件客戶端或網頁寫郵件時，不是有三種身份的收件人么？即：主送人（to）、抄送人（cc）、密送人（bcc）。是否存在RCPT CC和RCPT BCC命令，用於發送抄送人和密送人的郵箱地址呢？很遺憾，沒有這兩個命令。也就是說抄送人（cc）和密送人（bcc），也是通過RCPT TO命令進行發送。

既然發送時不區分，那麼我們在收到的郵件中怎麼還能看到主送人和抄送人呢？或者說如何做到讓密送人在收到的郵件中看不見的。答案在下面郵件內容中。

四、發送郵件內容

SMTP命令：DATA

這一步是發送數據最多也是最複雜的一步，但操作命令卻只有一個，就是DATA，也就是數據（郵件內容），郵件內容主要包括三個部分（可能會有內嵌資源文件，也可以理解為狹義上的附件）：

1、郵件頭；
2、郵件正文；
3、郵件附件；

DATA命令發送後，伺服器會返回354響應碼，並告訴客戶端，數據結束要以”\r\n.\r\n”來標識。接下來客戶端就可以發送整個郵件內容了。

DATA
354 End data with <CR><LF>.<CR><LF>
SUBJECT: =?UTF-8?B?5p2l6IeqU29mdGxlZe+8jOi/meaYr+S4gOWwgea1i+ivlemCruS7tg==?=
FROM: <[email protected]>
TO: 'softlee1' <[email protected]>, 'softlee2' <[email protected]>
MIME-Version: 1.0
Content-Type: multipart/mixed;
        boundary="=NextPart_SOFTLEE_Mail_E0B1A829CB1D4f55A037AE04B6A72078"

--=NextPart_SOFTLEE_Mail_E0B1A829CB1D4f55A037AE04B6A72078
Content-Type: text/html; charset=utf-8
Content-Transfer-Encoding: base64

PCFET0NUWVBFIGh0bWwgUFVCTElDICItLy9XM0MvL0RURCBYSFRNTCAxLjAgVHJhbnNpdGlvbmFs
Ly9FTiIgImh0dHA6Ly93d3cudzMub3JnL1RSL3hodG1sMS9EVEQveGh0bWwxLXRyYW5zaXRpb25h
bC5kdGQiPg0KPGh0bWwgeG1sbnM9Imh0dHA6Ly93d3cudzMub3JnLzE5OTkveGh0bWwiPg0KDQo8
aGVhZD4NCiAgICA8bWV0YSBodHRwLWVxdWl2PSJDb250ZW50LVR5cGUiIGNvbnRlbnQ9InRleHQv

郵件內容的格式目前基本都採用MIME格式，MIME格式比較簡單，可參見文章：《如何解析EML（郵件）格式的文件以及一款小巧的EML郵件閱讀工具》。

這裡我們不具體介紹如何編碼郵件正文和附件。主要介紹郵件頭中的資訊，主題（Subject）、發件人（From）、收件人（To）、抄送（Cc）。我們看查看郵件時，讀到的主題、收件人和抄送人就來自於上述欄位。這裡收件人和抄送人僅作為郵件頭的一部分進行展現，伺服器並不會關心這些地址是否真實存在，或者說伺服器並不關心這些地址是否跟使用RCPT TO命令發送的地址保持一致。回到第三階段中最後的幾個問題，我們可以通過郵件頭來展現該郵件的抄送人是誰，並且將密送人隱藏掉。當然你也可以篡改上述資訊，比如隱瞞某些收件人，或者將密送人也一併展現。

郵件正文和附件的編碼可參照MIME格式的文章。最後所有數據發送完畢後，一定要發送”\r\n.\r\n”，從而告訴SMTP伺服器所有數據發送完畢。

五、會話結束

SMTP命令：QUIT
這一步非常簡單，就是發送一條QUIT命令，QUIT命令發送完畢後，還是要判斷伺服器的返回碼是否為250。如果返回的不是，則表明發送失敗，SMTP伺服器可能不會將郵件轉發到收件人所在的郵箱中，這一點很重要。

至此，整個SMTP協議介紹完畢。SMTP協議比較簡單，但具體的實現細節可能還有很多，需要在實踐中去體驗，有的伺服器返回消息體是多行的，比如outlook郵箱的伺服器，下面是outlook郵箱使用STARTTLS協議截圖：

附一： SMTP郵件發送工具
該工具特點：
1、基於命令行方式且只有一個獨立文件；
2、支援SSL、STARTSSL協議；
3、具有豐富的命令行參數；

Tags: http MIME pop3 smtp 電子郵件協議