SMTP协议解读以及如何使用SMTP协议发送电子邮件

电子邮件协议中POP3协议用于接收邮件，SMTP协议用于发送邮件。SMTP的全称为Simple Mail Transfer Protocol，也就是简单邮件传输协议，字如其名。
 
相较于POP3而言，SMTP确实比较简单。这里的简单并不是指SMTP的命令比POP3少，而是指SMTP的命令是有序的，而POP3的命令是无序的，理解这一点很重要。也就是说SMTP的命令是要组合在一起才能完成一次邮件发送任务，单独调用每个命令的意义不大。POP3命令则不同，LIST、STAT、UIDL、TOP、RETR、DELE等命令都可以独立使用，比如用LIST命令查看邮件清单，然后用RETR命令接收邮件。
 
简单的另一层含义是：就socket编程而言实现发送数据要比实现接收数据简单点。
比如接收数据时要判断数据是否接收完毕。如果一条数据以回车换行结束，就需要判断是否接收到了"\r\n"，从而确保读取到一条完整的消息体。而发送数据则不需要考虑上述问题，你可以按照自己的节奏发送数据，可以一次将整个消息体发送出去，也可以不用考虑服务器的死活一个字节一个字节发送数据，直至将整条消息发送完毕。
换句话说，接收数据要以流的方式进行，而不是简单的开辟一个缓冲区，进行一次recv操作。 虽然大部分情况下这种方式也没有问题，比如写个Demo程序，但如果要让你的网络程序非常健壮的话，最好以流的方式进行读取。因为并不是每次对方都会按照你期望的方式发送数据给你，比如，你开辟了1024字节缓冲区用于接收网络数据，但对方可能一次只给你发送一个字节，或者发出了1025个字节。
 
SMTP和HTTP协议一样都属于请求应答式协议，也就是一问一答，客户端发送命令后，服务器返回响应内容。 SMTP的响应格式和HTTP协议的基本一样，都是响应码+响应描述。响应码用三位数字表示，空格后则是响应信息的描述，只是HTTP协议会多一个版本信息。

这种一问一答式协议，在HTTP协议上体现的并不是很明显，只有HTTP连接设置为Keep-Alive时，你才有机会使用GET或POST命令反复与服务器进行交互，否则只有一次问答的机会。

但在SMTP协议下这种一问一答的交互方式就非常明显了。 主要原因是完成一次邮件的发送任务涉及到的步骤比较多，我把电子邮件的发送分为如下五个步骤：

1、建立会话；
2、身份认证；
3、发送邮件信封（发件人和收件人）；
4、发送邮件内容（邮件正文和附件）；
5、关闭会话；

SMTP的命令主要就分布在这五个步骤中。下面以网易的yeah邮箱（smtp.yeah.net服务器）为例，具体说明这五个步骤的实现。C代表客户端，S代表服务端。
 

一、建立会话

SMTP命令：HELO
该阶段用于建立客户端与SMTP服务器的连接，在此基础上，双方进行友好的问候。SMTP服务器的默认端口号是25，如果是支持SSL协议，则默认端口号是465。如果采用的是STARTTLS协议，则默认端口是587，所谓的STARTSSL其实就是SSL协议，只是开始会话前双方客套一下，问一下对方你还支持SSL啊？

连接建立后，服务器会发送一条欢迎语。接着你就需要问候一下服务器，并带上你的机器的名称。如下：

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

二、身份认证

SMTP命令：AUTH LOGIN
该命令用于进行身份验证，虽然这一步在SMTP协议中不是强制的要求，但目前几乎所有的SMTP服务器都需要进行身份认证。增加这一步可以大大减少垃圾邮件的存在，以及避免有人伪造其它发件人进行邮件的发送操作。
这一步中账号和密码需要进行base64编码，包括服务器发来的提示信息也是base64编码。
首先发送AUTH LOGIN命令，服务器会返回“334 XNlcm5hbWU6”，“dXNlcm5hbWU6”解码后为“username:”
UGFzc3dvcmQ6解码为"Password:"
也就是提示用户输入用户名和密码。认证成功后返回235，注意返回的不是二百五（250）哦。 接着根据服务器返回的提示，发送账号（发件人的邮箱账号）和密码。

C: AUTH LOGIN
S: 334 dXNlcm5hbWU6
C: base64编码后的账号（发件人的邮箱账号）
S: 334 UGFzc3dvcmQ6
C: base64编码后的密码
S: 235 Authentication successful

至于为何是base64编码，可能是SMTP协议设计时考虑到用户名和密码的重要性，所采用的最简单的“加密”手段。虽然base64只是编码方式，不是加密方式，但在早期控制台输入命令的情况下，别人还是一下无法像记住明文一样记住这些无规律的base64编码。不过随着SSL的应用，这些都已不重要了。
 

三、发送邮件信封

SMTP命令：MAIL FROM、RCPT TO
该阶段是告诉服务器发件人和收件人的邮箱地址，可以把这个阶段想象为你在写纸质信件的信封。MAIL FROM用于指定发件人邮箱，该邮箱地址其实就是上述身份认证中的账号，如：
MAIL FROM: <lig4961@yeah.net>
RCPT TO用于指定收件人邮箱，一次只能指定一个收件人地址，如果收件人有多个的话，可以多次发送RCPT TO命令。

C: MAIL FROM: <lig4961@yeah.net>
S: 250 Mail OK
C: RCPT TO: <syfzxm@163.com>
S: 250 Mail OK
C: RCPT TO: <lig4961@yeah.net>
S: 250 Mail OK

注意，邮件地址要用放入<>中，此外，每条命令发送完毕后，一定要判断服务器返回码是否是250。 如果返回的不是二百五，说明你发送的地址可能是二百五，也就是不正确的地址，比如邮件地址中没有@，或者在同一个邮箱系统中，SMTP服务器发现收件人的地址并不存在，也就是没有注册过。

看到这里可能有人会有疑问：我们通过邮件客户端或网页写邮件时，不是有三种身份的收件人么？即：主送人（to）、抄送人（cc）、密送人（bcc）。是否存在RCPT CC和RCPT BCC命令，用于发送抄送人和密送人的邮箱地址呢？很遗憾，没有这两个命令。也就是说抄送人（cc）和密送人（bcc），也是通过RCPT TO命令进行发送。
 
既然发送时不区分，那么我们在收到的邮件中怎么还能看到主送人和抄送人呢？或者说如何做到让密送人在收到的邮件中看不见的。答案在下面邮件内容中。
 

四、发送邮件内容

SMTP命令：DATA

这一步是发送数据最多也是最复杂的一步，但操作命令却只有一个，就是DATA，也就是数据（邮件内容），邮件内容主要包括三个部分（可能会有内嵌资源文件，也可以理解为狭义上的附件）：

1、邮件头；
2、邮件正文；
3、邮件附件；

DATA命令发送后，服务器会返回354响应码，并告诉客户端，数据结束要以"\r\n.\r\n"来标识。接下来客户端就可以发送整个邮件内容了。

DATA
354 End data with <CR><LF>.<CR><LF>
SUBJECT: =?UTF-8?B?5p2l6IeqU29mdGxlZe+8jOi/meaYr+S4gOWwgea1i+ivlemCruS7tg==?=
FROM: <lig4961@yeah.net>
TO: 'softlee1' <syfzxm@163.com>, 'softlee2' <lig4961@yeah.net>
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

邮件内容的格式目前基本都采用MIME格式，MIME格式比较简单，可参见文章：《如何解析EML（邮件）格式的文件以及一款小巧的EML邮件阅读工具》。
 
这里我们不具体介绍如何编码邮件正文和附件。主要介绍邮件头中的信息，主题（Subject）、发件人（From）、收件人（To）、抄送（Cc）。我们看查看邮件时，读到的主题、收件人和抄送人就来自于上述字段。这里收件人和抄送人仅作为邮件头的一部分进行展现，服务器并不会关心这些地址是否真实存在，或者说服务器并不关心这些地址是否跟使用RCPT TO命令发送的地址保持一致。回到第三阶段中最后的几个问题，我们可以通过邮件头来展现该邮件的抄送人是谁，并且将密送人隐藏掉。当然你也可以篡改上述信息，比如隐瞒某些收件人，或者将密送人也一并展现。
 
邮件正文和附件的编码可参照MIME格式的文章。最后所有数据发送完毕后，一定要发送"\r\n.\r\n"，从而告诉SMTP服务器所有数据发送完毕。
 

五、会话结束

SMTP命令：QUIT
这一步非常简单，就是发送一条QUIT命令，QUIT命令发送完毕后，还是要判断服务器的返回码是否为250。如果返回的不是，则表明发送失败，SMTP服务器可能不会将邮件转发到收件人所在的邮箱中，这一点很重要。

至此，整个SMTP协议介绍完毕。SMTP协议比较简单，但具体的实现细节可能还有很多，需要在实践中去体验，有的服务器返回消息体是多行的，比如outlook邮箱的服务器，下面是outlook邮箱使用STARTTLS协议截图：
 

 

附一： SMTP邮件发送工具
该工具特点：
1、基于命令行方式且只有一个独立文件；
2、支持SSL、STARTSSL协议；
3、具有丰富的命令行参数；

附二： 电子邮件相关文章和工具
《POP3协议（电子邮件邮局协议）中UIDL和TOP命令在实际使用中的作用》
《POP3：基于命令行的电子邮件（EMail）在线查看和批量下载工具》
《EmlParse：一款超轻量级的批量解析EML格式电子邮件的工具》