梅芳-網(wǎng)絡(luò)編程實用教程-第9章

1、第9章 電子郵件協(xié)議與編程 本章首先介紹電子郵件系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，然后分析簡單郵件傳送協(xié)議SMTP，接著敘述RFC822規(guī)定的純文本電子郵件信件的格式，詳細(xì)說明了MIME多媒體郵件格式擴展，分析了接收電子郵件的POP3郵局協(xié)議，最后給出了兩個編程實例。通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識應(yīng)用層協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)編程中的重要性，可以說，網(wǎng)絡(luò)編程就是應(yīng)用層協(xié)議的實現(xiàn)。,9.1 電子郵件系統(tǒng)的工作原理 9.1.1 電子郵件的特點 電子郵件（electronic mail，簡稱e-mail）是因特網(wǎng)上使用最多的一種應(yīng)用，它為用戶在因特網(wǎng)上設(shè)立了存放郵件的電子郵箱，發(fā)信人可以隨時將電子郵件發(fā)送到收信人的電子郵箱，收

2、信人也可以隨時上網(wǎng)讀取，發(fā)信人與收信人以異步的方式通信。,9.1.2 電子郵件系統(tǒng)的構(gòu)成 一個電子郵件系統(tǒng)包括三個主要的構(gòu)件，即用戶代理，郵件消息傳輸代理，和電子郵件使用的協(xié)議。如圖9.1所示：,圖9.1 電子郵件系統(tǒng)的構(gòu)成,9.1.3 電子郵件系統(tǒng)的實現(xiàn),圖9.2 電子郵件的發(fā)送與接收過程,從以上的分析可以了解電子郵件系統(tǒng)的特點： 是一種異步的通信系統(tǒng)，不像電話，通話的雙方都必須在場。 使用方便，傳輸迅速，費用低廉，不僅能傳輸文字信息，還能附上聲音和圖像。 在電子郵件系統(tǒng)的實現(xiàn)中，ISP的服務(wù)器必須7X24小時地不間斷地運行，這樣才能保證用戶可以隨時發(fā)送和接收信件，而發(fā)送或接收電子郵件的用戶

3、則隨意。,9.2 簡單郵件傳送協(xié)議SMTP 9.2.1 概述 簡單郵件傳送協(xié)議SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）是因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)，最初在1982年由RFC821規(guī)定，目前它的最高版本是RFC2821。 SMTP協(xié)議采用C/S模式，專用于電子郵件的發(fā)送，規(guī)定了發(fā)信人把郵件發(fā)送到收信人的電子郵箱的全過程中，SMTP客戶與SMTP服務(wù)器這兩個相互通信的進程之間應(yīng)如何交換信息。即規(guī)定了SMTP的會話過程。用戶直接使用的是用于編寫和發(fā)送的客戶端軟件，而通常的SMTP服務(wù)器運行在遠程站點上。客戶/服務(wù)器之間的通信是通過TCP/IP協(xié)議進行的。,9.2.2 SMTP客戶

4、與SMTP服務(wù)器之間的會話 1SMTP會話 如圖9.3，說明了SMTP客戶與SMTP服務(wù)器之間的會話,圖9.3 SMTP客戶與SMTP服務(wù)器之間的會話,2SMTP命令 一般是客戶主動，首先發(fā)送。SMTP客戶發(fā)往SMTP服務(wù)器的信息稱為SMTP命令。在RFC821中，SMTP協(xié)議規(guī)定了14種命令。 SMTP命令的一般的格式是： 命令關(guān)鍵字 參數(shù) 其中，命令關(guān)鍵字一般是四個字母，是一個英文動詞的縮寫。參數(shù)隨命令而異，命令應(yīng)當(dāng)以回車換行符結(jié)束。 比如 HELO WANG ,3SMTP應(yīng)答 SMTP服務(wù)器收到命令后，返回給SMTP客戶的信息，稱為SMTP應(yīng)答?？蛻裘看伟l(fā)送一條SMTP命令后，服務(wù)器給客

5、戶返回一條響應(yīng)。SMTP規(guī)定了23種響應(yīng)碼。 SMTP應(yīng)答都是以一個響應(yīng)碼開頭，后面接著響應(yīng)的描述信息，如果SMTP服務(wù)器不一樣，響應(yīng)的描述信息可能不一樣，SMTP應(yīng)答的一般格式是： 響應(yīng)碼 響應(yīng)的文本描述信息 其中，響應(yīng)碼為3位數(shù)字，與描述信息文本之間有一個空格，,9.2.3 常用的SMTP命令 1SMTP客戶問候SMTP服務(wù)器 命令格式：HELO 發(fā)送方的主機名 2郵件來自何處，說明發(fā)信人的電子郵件地址 命令格式：MAIL FROM：發(fā)信人的電子郵件地址 3說明收信人的電子郵件地址 命令格式：RCPT TO：收信人的電子郵箱地址 4請求發(fā)送郵件內(nèi)容 命令格式：DATA ,5空操作 命令格式

6、：NOOP 6驗證電子信箱是否合法 命令格式：VRFY 電子信箱地址 7復(fù)位SMTP服務(wù)器 命令格式：RSET 8請求服務(wù)器發(fā)回幫助信息 命令格式：HELP 或者 HELP 命令關(guān)鍵字 9退出會話 命令格式：QUIT ,9.2.4 常用的SMTP響應(yīng)碼 211 系統(tǒng)狀態(tài)或系統(tǒng)幫助應(yīng)答。 214 幫助信息 220 服務(wù)就緒。 221 服務(wù)器關(guān)閉傳輸通道。 250 請求的郵件操作已經(jīng)完成。 251 用戶不是本地的，將按照前向路徑（forwaed-path）轉(zhuǎn)發(fā)。 354 啟動郵件輸入，要求郵件文本要用兩個結(jié)束。 421 服務(wù)不可使用，關(guān)閉傳輸通道。 450 沒有執(zhí)行請求的郵箱操作，因為信箱不可用。

7、,451 請求的操作已經(jīng)終止，因為在處理的過程中出現(xiàn)了錯誤。 452 請求的操作沒有發(fā)生，因為系統(tǒng)的存儲空間不夠， 500 語法錯誤，命令不可識別。 501 參數(shù)或變元中存在著語法錯誤。 502 命令不能實現(xiàn)。 503 錯誤的命令序列 504 命令的參數(shù)不能實現(xiàn)。 550 請求的操作不能發(fā)生，信箱不可用。 551 用戶不在本地，請嘗試發(fā)送到前向路徑（forwaed-path）。 552 請求的郵件操作終止，超出存儲分配。 553 請求的操作不能執(zhí)行，因為信箱語法錯誤。 554 事務(wù)失敗。,9.2.5 SMTP的會話過程 SMTP客戶與SMTP服務(wù)器的會話過程分為三個階段，先舉例說明。以下每行前

8、面的C代表SMTP客戶發(fā)送的命令，S代表服務(wù)器發(fā)回的響應(yīng)。每行/后面的內(nèi)容是注釋。 C：HELO YE /你好！我是YE。 S：250 YE HELLO ，nice to meet you /你好！YE，很高興見到你，有事嗎？ C：MAIL FROM：YE163.COM /我想發(fā)信，我的地址是YE163.COM。 S：250 ，Sender, accepted /行！有信你就發(fā)吧。,/我的信要發(fā)給ZHANG。 C：RCPT ZHANG /行！已經(jīng)準(zhǔn)備好。 S：250 , Recipient ok C：DATA /我要發(fā)信件的內(nèi)容了。 /發(fā)吧！結(jié)尾標(biāo)志是兩個回車換行符夾個英文句點。 S：354

9、Enter mail, end with . C：（客戶端按照電子郵件的格式發(fā)送郵件內(nèi)容） /我的信已經(jīng)發(fā)完了 C：（郵件內(nèi)容發(fā)送完畢，發(fā)送結(jié)束標(biāo)志crlf Charset = “gb2312” 此字段說明特定的MIME實體中所包含數(shù)據(jù)的類型，類型不同，郵件體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也隨之不同。它也說明了郵件的性質(zhì)，是MIME中的主要字段，在9.4.3節(jié)中詳述。,5內(nèi)容傳送編碼方式信頭字段 格式：Content-Transfer-Encoding: 編碼方式標(biāo)識符 指定在傳送郵件時，如何對郵件的主體進行編碼。在9.4.4節(jié)中詳述。,9.4.3 MIME郵件的內(nèi)容類型 1概述 Content-Type是MIM

10、E對RFC822擴展的最主要的信頭字段，用于指定MIME郵件內(nèi)容的類型，包含豐富的信息。Content-Type信頭字段的目的是充分地描述包含在信體中的數(shù)據(jù)，使得接收用戶代理能夠選擇適當(dāng)?shù)拇砘驒C制來將這些數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，或者，用正確的方法處理這些數(shù)據(jù)。這個字段的值叫做媒體類型（media type）。本節(jié)對這個字段進行詳細(xì)的說明。它的一般格式是： Content-Type：郵件內(nèi)容媒體主類型名/子類型名；參數(shù)列表 ,這個字段由三部分組成， 第一部分是關(guān)鍵字 第二部分是郵件內(nèi)容媒體主類型名(media type identifiers)和子類型名(subtype identifiers)，說明

11、郵件內(nèi)容的媒體類型 第三部分，是一個以分號隔開的參數(shù)列表，格式是： ；參數(shù)名 = 參數(shù)值；參數(shù)名 = 參數(shù)值；. 例如，Content-Type:text/HTML;charset = “GB2312” 在RFC2046中定義了7個基本的內(nèi)容主類型（top-level media types），每一種都有一個或多個子類型，共計15個子類型，表9.1列出了它們的標(biāo)識符，,表9.1 RFC2046中定義的郵件內(nèi)容類型和子類型,2Text媒體類型 3image媒體類型 4Audio媒體類型 5Video媒體類型 6Application媒體類型 7Message媒體類型 8Message/exter

12、nal-body媒體類型的參數(shù)及使用 9Multipart媒體類型,9.4.4 MIME郵件的編碼方式 1MIME編碼概述 （1）7bit編碼方式 Content-Transfer-Encoding: 7bit （2）8bit編碼方式 Content-Transfer-Encoding: 8bit （3）binary編碼方式 Content-Transfer-Encoding: binary （4）Base64編碼方式 （5）Quoted-printable編碼方式,2BASE64編碼算法 在進行Base64的編碼時，首先要將被編碼的數(shù)據(jù)看成一個字節(jié)序列，不分行。然后按照以下三個步驟反復(fù)進行編

13、碼。 第一步：順次從要編碼的字節(jié)序列數(shù)據(jù)中，取出3個字節(jié)，作為一組，該組包含24bit。 第二步：將一組的24個bit，再順次分為四個6bit的小組。并在每小組的前面補兩個零，形成四個字節(jié)。顯然這4個字節(jié)的值都在0-63范圍內(nèi)。 第三步：根據(jù)小組的每個字節(jié)的數(shù)值，按照表9.2的對應(yīng)關(guān)系，將它們分別轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的可打印ASCII字符。 順次對要編碼的數(shù)據(jù)字節(jié)序列，重復(fù)進行以上處理，直到所有的數(shù)據(jù)編碼完成為止。,表9.2 Base64編碼,此外，編碼過程中還需要注意兩點： （1）如何將編碼后的文本行控制在76個字符以內(nèi)？ 按照RFC822的要求，應(yīng)當(dāng)將編碼后的文本行控制在76個字符以內(nèi)。這只需要在編

14、碼后的字符序列中，每76個字符插入一組CRLF(回車換行)，然后就可以發(fā)送，在接受端譯碼時，應(yīng)首先將碰到的CRLF符刪除，再按照Base64的方法譯碼。在原來要編碼的數(shù)據(jù)中可能有CR(0A)和LF(0D)字符，但它們經(jīng)過編碼后，變成了“K”和“N”，不會與后來插入的CRLF字符相混。,（2）編碼時最后一組不滿三個字節(jié)怎么辦？ Base64編碼時，按照三個字節(jié)一組進行，最后一組就有可能剩下1個或2個字節(jié)。編碼時，一方面對有效的數(shù)據(jù)要進行編碼，另一方面要讓接收端能判斷出最后一組剩下的有效數(shù)據(jù)究竟有幾個字節(jié)。方法是：首先補充全零的填充字節(jié)，將最后一組補夠3個字節(jié)，然后按照上述方法進行編碼，在第三步映

15、射成字符后，要將編碼后的末尾一個或兩個字節(jié)替換為“=”字符。,如果最后一組只剩一個數(shù)據(jù)字節(jié)，那么產(chǎn)生的4個編碼數(shù)據(jù)中，只有前兩個帶有剩余數(shù)據(jù)字節(jié)的位，就應(yīng)將4個編碼數(shù)據(jù)的后兩個字節(jié)都替換成等號。如果最后一組剩下兩個字節(jié)，那么產(chǎn)生的4個編碼數(shù)據(jù)中，前三個帶有剩余數(shù)據(jù)字節(jié)的位，這時就將4個編碼數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)替換成等號。注意到，等號并不包含在上面的轉(zhuǎn)換表中，接收端根據(jù)等號的數(shù)目，就可以判知最后一組中有效的字節(jié)數(shù)，從而正確地譯碼。,3Quoted-printable編碼算法 這種編碼稱為可打印的引用編碼(Quoted-printable encoding)，被編碼的數(shù)據(jù)以8BIT的字節(jié)為單位，這種

16、編碼方法的要點就是對于所有可打印的ASCII碼，除了特殊符號“=”以外，都不改變。編碼算法的要點是： （1）如果被編碼數(shù)據(jù)字節(jié)的值在33到60之間(字符!至字符至字符)，這部分字符是可打印的，則該數(shù)據(jù)字節(jié)編碼為7bit的對應(yīng)ASCII字符，實際就是將最高位去掉。,（2）其他的數(shù)據(jù)，包括“=”字符，空格，ASCII碼在0-32的不可打印字符，以及非ASCII碼的數(shù)據(jù)，都必須進行編碼。被編碼的數(shù)據(jù)以8bit的字節(jié)為單位，先將每個字節(jié)的二進制代碼用兩個16進制數(shù)字表示，然后在前面加上一個等號“=”，就是該字節(jié)的編碼。例如，字節(jié)值12被編碼為 “=0C”，字節(jié)值61被編碼為 “=3D”。再比如，漢字“

17、系統(tǒng)”的二進制代碼是：11001111 10110101 11001101 10110011，其16進制數(shù)字表示為：CFB5CDB3，相應(yīng)的Quoted-printable編碼表示為：=CF=B5=CD=B3。等號的二進制代碼是00111101，它的Quoted-printable編碼是=3D?；剀嚪痪幋a為=0D，換行符被編碼為=0A。要注意，16進制數(shù)據(jù)的表示用字母表 “0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F”，即必須用大寫字母。,（3）如果要將編碼后的數(shù)據(jù)分割成76字符的行，可以在分割處插入等號“=”和CRLF。此等號也要計算在76個字符中。例如， ABCDEFG

18、HEJKLMNOPQRSTUVWXYZ 經(jīng)過編碼后將此行變成較短的形式: ABCDEFG= HEJKLMNOPQRSTUV= WXYZ 容易看出，接收端只要將插入的分割字符刪掉，就很容易將它們恢復(fù)成原來的樣子。,9.5 POP3與接收電子郵件 9.5.1 POP3協(xié)議 用來接收電子郵件的POP郵局協(xié)議最初是在1984年發(fā)表的RFC918中定義的，1985年的RFC937發(fā)表了它的第二個版本。隨著POP協(xié)議的廣泛使用，1988年的RFC1081又發(fā)表了它的第三版本，簡稱POP3，這個版本又在RFC1225，RFC1460，RFC1725，RFC1939中幾經(jīng)修訂，其中RFC1939是當(dāng)前的POP

19、3標(biāo)準(zhǔn)。,9.5.2 POP3的會話過程,圖9.5 POP3會話,POP也使用客戶/服務(wù)器工作模式，在接收郵件的用戶的PC機中，運行POP客戶程序，在用戶所連接的ISP的郵件服務(wù)器中，運行POP服務(wù)程序，二者之間按照POP協(xié)議相互發(fā)送信息，POP客戶發(fā)送給POP服務(wù)器的消息稱為POP命令，POP服務(wù)器返回的消息稱為POP響應(yīng)。交互的過程稱為POP會話。例如： (Connect to the POP3 Server .) /首先連接到POP3服務(wù)器 S: +OK POP3 server ready /服務(wù)器已經(jīng)準(zhǔn)備好 C: USER Wang /用戶名是Wang,S: +OK C: PASS v

20、egetables /口令是vegetables S: +OK login successful /客戶登錄成功了 C: LIST /請列出信箱中的信件清單 S: 1 AAAA /第一封信 S: 2 BBBB /第二封信 S: 3 CCCC /第三封信 C: RETR 1 /取回第一封信 S: +OK (send message 1) /好，（發(fā)送第一封信）,C: DELE 1 /刪除第一封信 S: +OK /好的 C: RETR 2 S: +OK (send message 2) C: DELE 2 S: +OK C: QUIT /結(jié)束會話，再見 S: +OK POP3 server dis

21、connecting /好，POP3服務(wù)器斷開連接,在上面的對話過程中，C:后面是接收郵件的客戶端軟件發(fā)送的命令，S:后面是POP服務(wù)器的應(yīng)答，/后面是注釋。 從這個例子中可以看出POP會話的特點： 會話采用交互的請求應(yīng)答模式，會話過程通過相互發(fā)送文本來完成。 客戶發(fā)送的文本命令也采用命令字 參數(shù)的形式。 服務(wù)器對于客戶的命令總是返回一定的響應(yīng)碼，表示客戶端的請求是否被正確處理。 會話過程所發(fā)送的命令有一定的順序,9.5.3 POP3會話的三個狀態(tài) POP3會話一共有3個狀態(tài)：驗證狀態(tài)，事務(wù)狀態(tài)和更新狀態(tài)。每個狀態(tài)都是會話過程中的特定階段。 當(dāng)連接服務(wù)器后，POP3會話首先進入驗證狀態(tài)，在這個階段里，可以使用USER Pass Quit這三個POP3命令，客戶段送交用戶名和口令，服務(wù)器驗證是否合法。,通過服務(wù)器驗證后，服務(wù)器鎖定該用戶的信箱，從而防止多個POP客戶端同時對此郵箱進行郵件操作，比如刪除，取信等。但是可以讓新的郵件加入。這時會話過程轉(zhuǎn)變?yōu)槭聞?wù)狀態(tài)，在事務(wù)狀態(tài)客戶端可用的POP3命令有