HCIA——26E-mall、MIME、POP3、IMAP、电子邮件系统的组成结构、电子邮件的发送，接收过程、MIME 与SMTP 的关系

学习目标：

计算机网络
1.掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。
2.掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理。
3.能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。
（一）计算机网络概述
计算机网络的概念、组成——功能组成上（资源子网、通信子网）与功能（主要是数据通信、资源共享）；计算机网络的分类计算机网络的性能指标——重要的是带宽、速率、吞吐量、RTT
（二）计算机网络体系结构与参考模型计算机网络分层结构；计算机网络协议、接口、服务的概念ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
主要介绍计算机网络体系结构的基本概念，读者可以在理解的基础上适当地记忆。重点掌握网络的分层结构（包括5层和7层结构），尤其是ISO/OSI参考模型各层的功能及相关协议、接口和服务等概念。掌握有关网络的各种性能指标，特别是时延、带宽、速率和吞吐量等的计算
---- —- ----
【内容】
（一）网络应用模型
客户/服务器模型；P2P 模型、C/S、peer
（二）域名系统（DNS）层次域名空间；域名服务器；域名解析的原理
（三）文件传输协议（FTP）FTP 的工作原理；控制连接与数据连接
（四）电子邮件（E-mail）电子邮件系统的组成结构；电子邮件格式与 MIME；SMTP 与 POP3
（五）万维网（wWW）WWW 的概念与组成结构；HTTP
【提示】
本章内容既可以以选择题的形式考查，也可以结合其他章节的内容出综合题。所以牢固掌握本章的几个典型应用层协议是关键。我们生活中的很多网络应用都是建立在这些协议的基础上的，因此在学习时要注意联系实际，提高学习的兴趣，才会获得更好的效果。
【内容】
（一）传输层提供的服务
传输层的功能；传输层寻址与端口；无连接服务和面向连接服务
（二）UDP UDP 数据报；UDP 校验
（三）TCP TCP 段；TCP 连接管理；TCP 可靠传输；TCP 流量控制与拥塞控制
【提示】
传输层是整个网络体系结构中的关键层次。要求掌握传输层在计算机网络中的地位、功能、工作方式及原理等，掌握UDP及TCP（如首部格式、可靠传输、流量控制、拥塞控制、连接管理等）。其中，TCP报文分析、流量控制与拥塞控制机制，出选择题、综合题的概率均较大，因此要将其工作原理透彻掌握，以便能在具体的题目中灵活运用。
【内容】
（一）网络层的功能
异构网络互联；路由与转发；拥塞控制
（二）路由算法（三）IPv4静态路由与动态路由；距离-向量路由算法；链路状态路由算法；层次路由IPv4 分组；IPv4 地址与 NAT；子网划分与子网掩码、CIDR、路由聚合、ARP、DHCP与 ICMP
（四）IPv6
IPv6的主要特点；IPv6 地址
（五）路由协议
自治系统；域内路由与域间路由；RIP 路由协议；OSPF 路由协议；BGP 路由协议（六）IP 组播
组播的概念；IP 组播地址
（七）移动 IP移动 IP 的概念；移动IP 通信过程
（八）网络层设备
路由器的组成和功能；路由表与路由转发
【提示】
本章是历年考查的重中之重，尤其是结合第3章、第5章、第6章出综合题的概率很大。其中IPv4以及路由的相关知识点是核心，历年真题都有涉及，因此必须牢固掌握其原理，也要多做题，以便灵活应用。本章的其他知识点，如 IP 组播、移动 IP、IPv6 也要有所了解。
【内容】
（一）数据链路层的功能
（二）组帧
（三）差错控制
检错编码；纠错编码
（四）流量控制与可靠传输机制
流量控制、可靠传输与滑动窗口机制；停止-等待协议
后退N帧协议（GBN）；选择重传协议（SR）
（五）介质访问控制
1.信道划分
频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用的概念和基本原理
2.随机访问
ALOHA 协议；CSMA 协议；CSMA/CD 协议；CSMA/CA 协议
3.轮询访问：令牌传递协议
（六）局域网
局域网的基本概念与体系结构；以太网与 IEEE 802.3
IEEE 802.11；令牌环网的基本原理
（七）广域网
广域网的基本概念；PPP 协议；HDLC 协议
（八）数据链路层设备
网桥的概念及其基本原理；局域网交换机及其工作原理
【提示】
本章是历年考查的重点。要求在了解数据链路层基本概念和功能的基础上，重点掌握滑动窗口机制、三种可靠传输协议、各种MAC 协议、HDLC 协议和 PPP 协议，特别是CSMA/CD 协议和以太网帧格式，以及局域网的争用期和最小帧长的概念、二进制指数退避算法。此外，中继器、网卡、集线器、网桥和局域网交换机的原理及区别也要重点掌握。
【内容】
（一）通信基础
信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念奈奎斯特定理与香农定理；编码与调制
电路交换、报文交换与分组交换；数据报与虚电路（二）传输介质
双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；物理层接口的特性（三）物理层设备
中继器；集线器
【提示】
物理层考虑的是怎样才能在连接各台计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。本章概念较多，易出选择题，且涉及一些通信原理，读者不太明白的地方可以参考一些相关书籍，通信部分的内容也并非考研重点。复习时应抓住重点，如奈奎斯特定理和香农定理的应用、编码与调制技术、数据交换方式，以及电路交换、报文交换与分组交换技术等。

学习内容：

（E-mail）电子邮件系统的组成结构
电子邮件的发送、接收过程
电子邮件格式与 MIME
MIME 与SMTP 的关系
SMTP 与 POP3

1. 电子邮件系统的组成结构

自从有了因特网，电子邮件就在因特网上流行起来。电子邮件是一种异步通信方式，通信时不需要双方同时在场。电子邮件把邮件发送到收件人使用的邮件服务器，并放在其中的收件人邮箱中，收件人可以随时上网到自己使用的邮件服务器进行读取。

一个电子邮件系统应具有图6.8所示的三个最主要的组成构件，即用户代理（User Agent）、邮件服务器和电子邮件使用的协议，如SMTP、POP3（或IMAP）等。

用户代理（UA）：用户与电子邮件系统的接口。用户代理向用户提供一个很友好的接口来发送和接收邮件，用户代理至少应当具有撰写、显示和邮件处理的功能。通常情况下，用户代理就是一个运行在 PC 上的程序（电子邮件客户端软件），常见的有 Outlook 和 Foxmail 等。

邮件服务器：它的功能是发送和接收邮件，同时还要向发信人报告邮件传送的情况（已交付、被拒绝、丢失等）。邮件服务器采用客户/服务器方式工作，但它必须能够同时充当客户和服务器。例如，当邮件服务器A向邮件服务器B发送邮件时，A就作为SMTP客户，而B是SMTP服务器；反之，当B向A发送邮件时，B就是SMTP客户，而A 就是SMTP服务器。

邮件发送协议和读取协议：邮件发送协议用于用户代理向邮件服务器发送邮件或在邮件服务器之间发送邮件，如SMTP；邮件读取协议用于用户代理从邮件服务器读取邮件，如POP3.注意，SMTP用的是“推”（Push）的通信方式，即用户代理向邮件服务器发送邮件及在邮件服务器之间发送邮件时，SMTP 客户将邮件“推”送到 SMTP 服务器。而 POP3 用的是“拉”（Pull）的通信方式，即用户读取邮件时，用户代理向邮件服务器发出请求，“拉”取用户邮箱中的邮件。

2.电子邮件的发送、接收过程

下面简单介绍电子邮件的收发过程。
①发信人调用用户代理来撰写和编辑要发送的邮件。用户代理用SMTP把邮件传送给发送端邮件服务器。
② 发送端邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中，等待发送。
③运行在发送端邮件服务器的SMTP客户进程，发现邮件缓存中有待发送的邮件，就向运行在接收端邮件服务器的 SMTP 服务器进程发起建立 TCP 连接。
④ TCP连接建立后，SMTP客户进程开始向远程SMTP服务器进程发送邮件。当所有待发送邮件发完后，SMTP 就关闭所建立的 TCP 连接。
⑤运行在接收端邮件服务器中的SMTP服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱，等待收信人在方便时进行读取。
⑥收信人打算收信时，调用用户代理，使用POP3（或IMAP）协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中取回（如果邮箱中有来信的话）。

3. 电子邮件格式与 MIME

1）电子邮件格式

CR+LF

一个电子邮件分为信封和内容两大部分，邮件内容又分为首部和主体两部分。RFC 822规定了邮件的首部格式，而邮件的主体部分则让用户自由撰写。用户写好首部后，邮件系统自动地将信封所需的信息提取出来并写在信封上，用户不需要亲自填写信封上的信息。
邮件内容的首部包含一些首部行，每个首部行由一个关键字后跟冒号再后跟值组成。有些关键字是必需的，有些则是可选的。最重要的关键字是To：和Subject:。
To 是必需的关键字，后面填入一个或多个收件人的电子邮件地址。电子邮件地址的规定格式为：收件人邮箱名@邮箱所在主机的域名，如abc@cskaoyan.com，其中收信人邮箱名即用户名，abc在cskaoyan.com这个邮件服务器上必须是唯一的。这也就保证了abc@cskaoyan.com这个邮件地址在整个因特网上是唯一的。
Subject是可选关键字，是邮件的主题，反映了邮件的主要内容。
当然，还有一个必填的关键字是 From，但它通常由邮件系统自动填入。首部与主体之间用一个空行进行分割。

2）多用途网际邮件扩充（MIME）

由于SMTP只能传送一定长度的ASCI码，许多其他非英语国家的文字（如中文、俄文，甚至带重音符号的法文或德文）就无法传送，且无法传送可执行文件及其他二进制对象，因此提出了多
用途网络邮件扩充（Multipurpose Internet Mail Extensions，MIME）。

MIMEMIME MIME 并未改动 SMTP 或取代它。MIME 的意图是继续使用目前的格式，但增加了邮件主体的结
构，并定义了传送非ASCI1码的编码规则。也就是说，MIME邮件可在现有的电子邮件程序和协议下传送。

4.MIME 与SMTP 的关系

MIME 主要包括以下三部分内容：
①5 个新的邮件首部字段，包括 MIME 版本、内容描述、内容标识、传送编码和内容类型。
②定义了许多邮件内容的格式，对多媒体电子邮件的表示方法进行了标准化。

③ 定义了传送编码，可对任何内容格式进行转换，而不会被邮件系统改变。

5.SMTP 和 POP3

.SMTP简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）是一种提供可靠且有效的电子邮件传输的协议，它控制两个相互通信的 SMTP 进程交换信息。由于 SMTP 使用客户/服务器方式，因此负责发送邮件的 SMTP进程就是SMTP客户，而负责接收邮件的 SMTP进程就是 SMTP服务器。SMTP用的是TCP连接，端口号为25.SMTP通信有以下三个阶段。

（1）连接建立

发件人的邮件发送到发送方邮件服务器的邮件缓存中后，SMTP客户就每隔一定时间对邮件缓存扫描一次。如发现有邮件，就使用 SMTP 的熟知端口号（25）与接收方邮件服务器的 SMTP服务器建立TCP连接。连接建立后，接收方SMTP服务器发出220 Service ready（服务就绪）。然后SMTP客户向SMTP服务器发送HELO命令，附上发送方的主机名。A SMTP 不使用中间的邮件服务器。TCP 连接总是在发送方和接收方这两个邮件服务器之间直接建立，而不管它们相隔多远，不管在传送过程中要经过多少个路由器。当接收方邮件服务器因故障暂时不能建立连接时，发送方的邮件服务器只能等待一段时间后再次尝试连接。

（2）邮件传送

连接建立后，就可开始传送邮件。邮件的传送从 MAIL 命令开始，MAIL 命令后面有发件人的地址。如MAIL FROM：<hoopdog@hust.edu.cn>。若SMTP 服务器已准备好接收邮件，则回答250 OK。接着SMTP客户端发送一个或多个RCPT（收件人recipient的缩写）命令，格式为RCPT TO：<收件人地址>。每发送一个RCPT命令，都应有相应的信息从SMTP服务器返回，如250 OK或550 No such user here（无此用户）。

RCPT命令的作用是，先弄清接收方系统是否已做好接收邮件的准备，然后才发送邮件，以便不至于发送了很长的邮件后才知道地址错误，进而避免浪费通信资源。

获得 OK 的回答后，客户端就使用 DATA 命令，表示要开始传输邮件的内容。正常情况下，SMTP 服务器回复的信息是 354 Start mail input；end with <CRLF>.<CRLF>。<CRLF>表示回车换行。此时SMTP客户端就可开始传送邮件内容，，并用<CRLF>.<CRLF>表示邮件内容的结束。

（3）连接释放

邮件发送完毕后，SMTP客户应发送QUIT命令。SMTP服务器返回的信息是221（服务关闭），表示SMTP同意释放TCP连接。邮件传送的全部过程就此结束。

2）POP3 和IMAP

邮局协议（Post Office Protocol，POP）是一个非常简单但功能有限的邮件读取协议，现在使用的是它的第3个版本POP3.POP3采用的是“拉”（Pull）的通信方式，当用户读取邮件时，用户代理向邮件服务器发出请求，“拉”取用户邮箱中的邮件。

POP 也使用客户/服务器的工作方式，在传输层使用 TCP，端口号为 110。接收方的用户代理上必须运行POP客户程序，而接收方的邮件服务器上则运行POP服务器程序。POP有两种工作方式：“下载并保留”和“下载并删除”。在“下载并保留”方式下，用户从邮件服务器上读取邮件后，邮件依然会保存在邮件服务器上，用户可再次从服务器上读取该邮件；而使用“下载并删除”方式时，邮件一旦被读取，就被从邮件服务器上删除，用户不能再次从服务器上读取。

另一个邮件读取协议是因特网报文存取协议（IMAP），它比 POP 复杂得多，IMAP 为用户提供了创建文件夹、在不同文件夹之间移动邮件及在远程文件夹中查询邮件等联机命令，为此IMAP服务器维护了会话用户的状态信息。IMAP的另一特性是允许用户代理只获取报文的某些部分，例如可以只读取一个报文的首部，或多部分MIME 报文的一部分。这非常适用于低带宽的情况，用户可能并不想取回邮箱中的所有邮件，尤其是包含很多音频或视频的大邮件。

此外，随着万维网的流行，目前出现了很多基于万维网的电子邮件，如 Hotmail、Gmail 等。
这种电子邮件的特点是，用户浏览器与 Hotmail 或 Gmail 的邮件服务器之间的邮件发送或接收使用的是 HTTP，而仅在不同邮件服务器之间传送邮件时才使用SMTP。