电子邮件在生活中无处不在，极大促进了我们的沟通效率。这里，简单探讨下电子邮件的相关工作方式和原理。
图中可以看到，每个用户通过自己的**用户代理(user agent)和邮件服务器(mail server)通讯，邮件服务器之间通过 SMTP 协议来进行通讯。邮件服务器形成了电子邮件体系结构的核心。每个用户在邮件服务器上有一个邮箱(mailbox)**，就是邮箱在打理着每个用户的邮件数据，接收或是删除。假设 A 向 B 发送一封邮件，典型的过程是这样的：
1 | A ---(SMTP)---> Mail Server(A) ---(SMTP)---> Mail Server(B) ---?---> B |
前面说到，邮件服务器形成了电子邮件体系结构的核心，而 SMTP 则可称为电子邮件应用的核心。SMTP 的诞生早于 HTTP，说明了它具有某些过时的特性，比如：它限制所有邮件报文的体部分只能采用简单的 7 比特 ASCII 码来传输。对于今天的各种附件、图片、媒体资源来说，必须先经过转码才能通过 SMTP 协议发送出去，显然这降低了邮件传输的效率。然而，SMTP 能够延续到今天仍在使用，说明它有着自己足够吸引人的特性。
SMTP 一般情况下不通过中间邮件服务器来发送邮件，所以，如果 A 给 B 发送邮件时，B 的邮件服务器故障或者未开机，那么该邮件会留存在 A 的邮件服务器上等待并尝试重新发送，而不会遗落在其它邮件服务器上。
以 Alice 和 Bob 为例发送一个邮件报文：
- Alice 提供 Bob 的邮件地址，撰写报文，指示用户代理发送报文。
- 通过用户代理投送到 Alice 的邮件服务器，放入**报文队列(message queue)**中。
- Alice 的邮件服务器将邮件报文发送至 Bob 的邮件服务器，在这个过程中，Alice 的邮件服务器充当客户，Bob 的邮件服务器充当服务器。SMTP 客户端将与 SMTP 服务器建立 TCP 连接。
- 一旦连接建立，将进行一系列的 SMTP 握手过程，随后将邮件报文发送至服务器。如果连接无法建立，将邮件报文放入**报文队列(message queue)**中，等待再次尝试发送。
- 在 Bob 的邮件服务器上，SMTP 的服务器端接收到该报文。Bob 的邮件服务器然后将报文放入 Bob 的邮箱中。
- Bob 有空闲时可以通过用户代理阅读报文。
注意到 SMTP 协议与 HTTP 有很大的不同，SMTP 基本可看作是一个**推协议(push protocol)**，这个 TCP 连接需要由发送文件的机器发起。对应上述示例中 Alice 向 Alice 的邮件服务器发送报文过程和 Alice 的邮件服务器向 Bob 的邮件服务器发送过程。当目标服务器不可达时，Alice 的用户代理没有办法将电子邮件报文发送到目标服务器，需要 Alice 进行重试，而通过两次 SMTP 的过程分离了 Alice 的在线约束条件，一切交给邮件服务器去重试。这就导致一个问题，Bob 并不总是在线，Bob 的邮件服务器不可能保证 Bob 的用户代理一直可用，所以 Bob 邮箱中的报文需要 Bob 在线的时候主动去获取。现在的电子邮件系统以是存储与转发的模型为基础。邮件服务器接受、转发、提交及存储邮件。寄信人、收信人及他们的电脑都不用同时在线。寄信人和收信人只需在寄信或收信时简短的连接到邮件服务器即可。实现这样的体系仅仅有 SMTP 是不够的，因而需要其它协议来配合。
为了使 Bob 能够从自己的邮件服务器中拉取邮件，需要引入一个特殊的邮件访问协议。流行的邮件访问协议有 **邮局协议第三版(Post Office Protocol-Version 3, POP3)、因特网邮件访问协议(Internet Mail Access Protocol, IMAP)**。
POP3 由 RFC 1939 定义。其过程为用户代理建立到邮件服务器 110 端口的 TCP 连接，POP3 按照三个阶段进行工作：特许、事务处理及更新。特许阶段用户代理以明文发送用户名和口令鉴别用户。第二个阶段可以做三件事情：取回邮件报文，标记要删除的邮件或取消标记，获取邮件统计信息。在最后的更新阶段，结束 POP3 会话并处理删除标记。
IMAP 服务相比 POP3 的优点是，它将每个报文与一个文件夹相联系。当报文第一次到达服务器，它与收件人的 INBOX 文件夹相关联。收件人可以移动到新的文件夹、阅读或是删除邮件。IMAP 也提供了远程查询的命令，可以条件匹配查询邮件信息。与 POP3 不同的是，IMAP 维护会话过程的用户状态信息，比如每个报文的文件夹关联。另一个重要特性是允许只获取报文的一部分，比如常用的移动设备都有在 wifi 下下载附件的功能，在普通网络下则只会加载邮件标题和摘要，点击全文下载完整邮件。
另外，在上面的示例图中，Bob 获取报文还有一种方式是通过 HTTP，电子邮件怎么又和 Web 扯上关系了呢？
在早期，电子邮件的用户代理都是客户端软件，20 世纪 90 年代中期，hotmail 推出基于 Web 的邮件服务，大大方便了邮件使用。谷歌的 Gmail 则是一个 Web 软件的精彩范例。当使用基于 Web 的电子邮件服务时，发件人和收件人的用户代理(Web 邮件服务)与邮件服务器之间通过 HTTP 协议发送和接收邮件报文。但在邮件服务器之间，仍使用 SMTP 协议来发送报文。
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参考：
- 《Computer Networking: A Top-Down Approach (6th Edition)》
- Simple Mail Transfer Protocol
- Post Office Protocol
