网络协议研究（一）SMTP
一、网络协议概述
网络传输协议或简称为传送协议(Communications Protocol)，是指计算机通信的共同语言。是目前最普及的计算机通信方式，所以"传送协议"一般都指计算机通信的传送协议，如：TCP/IP、NetBEUI等。然而，传送协议也存在于计算机的其他形式通信，例如：面向对象编程里面对象之间的通信；操作系统内不同程序之间的消息，都需要有一个传送协议，以确保传信双方能够沟通无间。
以下是TCP/IP体系结构中每层中包含的主要协议：(摘自维基百科)
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网络协议 |
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前段时间给公司一个老客户搭建了一个轻量级的邮件服务器，由于他们的需求很简单，负载也不大，于是使用了一个免费的邮件服务器hMailServer，可以在这里下载，数据库使用的MySQL。借这次机会，把网络协议系统学习一下，今天就从邮件协议SMTP开始。
简单邮件传输协议 (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP) 是事实上的在Internet传输email的标准。
SMTP是一个相对简单的基于文本的协议。在其之上指定了一条消息的一个或多个接收者（在大多数情况下被确认是存在的），然后消息文本会被传输。
由于SMTP开始是基于纯ASCII文本的，它在二进制文件上处理得并不好。诸如MIME(多用途互联网邮件扩展)的标准被开发来编码二进制文件以使其通过SMTP来传输。今天，大多数SMTP服务器都支持8位MIME扩展，它使二进制文件的传输变得几乎和纯文本一样简单，此举大大方便了附件的放松。
SMTP是一个"推"的协议，它不允许根据需要从远程服务器上"拉"来消息。要做到这点，邮件客户端必须使用POP3或IMAP。另一个SMTP服务器可以使用ETRN在SMTP上触发一个发送。
协议分析将使用一款开源、免费的协议分析软件：WireShark，官方主页：http://www.wireshark.org/
其功能非常强大，可以自定义筛选规则，非常便于抓包、分析协议等。
推荐资源：
相关 RFC
- RFC 5321 - 简单邮件传输协议，在最近（2008.8）代替了RFC 2821
- RFC 2821 - 简单邮件传输协议，在最近（2001）代替了RFC 821，RFC 1869，RFC 974
- RFC 2822 - Internet（比如 e-mail）消息格式，代替了RFC 822
- RFC 3461 - SMTP的发送状态通知（DSN）扩展，代替了RFC 1891
二、SMTP传送阶段
SMTP报文的传送分为三个阶段：连接建立、邮件传送、连接终止。
2.1、连接建立
在端口25建立TCP连接后，就开始了连接阶段。
2.2、邮件传送
在SMTP客户端与服务器建立连接后，发件人就可以与一个或多个收件人交换单个的报文了。整个阶段分为8个步骤：
若收件人超过一个，则步骤3与步骤4将重复进行。
2.3、连接终止
在报文传送成功后，客户就终止连接，此时TCP连接也必须关闭。
三、命令与响应
SMTP使用命令与响应在客户端与服务器之间传递报文。
命令采用 【关键字 = 变量】 的格式：
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关键字 |
变量 | |
|
必须 |
HELO |
发送方的主机名 |
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MAIL FROM |
发件人 | |
|
RCPT TO |
预期的收件人 | |
|
DATA |
邮件的主体 | |
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QUIT |
||
|
可选 |
RSET |
|
|
VRFY |
需要验证的收件人名字 | |
|
NOOP |
||
|
不常用 |
TURN |
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|
EXPN |
需要扩展的邮件发送清单 | |
|
HELP |
命令名 | |
|
SEND FROM |
预期的收件人 | |
|
SMOL FROM |
预期的收件人 | |
|
SMAL FROM |
预期的收件人 |
响应是三位十进制数字，后面可以添加附加的文本信息：
|
代码 |
说明 |
|
正面完成回答 | |
|
211 |
系统状态或求助回答 |
|
214 |
求助报文 |
|
220 |
服务就绪 |
|
221 |
服务关闭传输信道 |
|
250 |
请求命令完成 |
|
251 |
用户不是本地的；报文将被转发 |
|
正面中间回答 | |
|
354 |
开始邮件输入 |
|
过渡负面完成回答 | |
|
421 |
服务不可用 |
|
450 |
邮箱不可用 |
|
451 |
命令异常终止：本地差错 |
|
452 |
命令异常终止：存储器不足 |
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永久负面完成回答 | |
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500 |
语法差错，不能识别的命令 |
|
501 |
语法的参数或变量差错 |
|
502 |
命令未实现 |
|
503 |
命令序列不正确 |
|
504 |
命令暂时未实现 |
|
550 |
命令未执行；邮箱不可用 |
|
551 |
用户非本地的 |
|
552 |
所请求的动作异常终止 |
|
553 |
所请求的动作未发生 |
|
554 |
事务失败 |
四、使用代码发送邮件，并使用WireShark抓包分析
安装完WireShark后，打开，选择需要分析的网卡：
点击对应网卡的【Options】：
注意，如果用的笔记本的无线网卡，则需要取消"promiscuous mode"的选择，否则可能无法抓到包：
点击【Start】后就开始分析了：
可以看到显示的数据包非常多，所以必须要进行筛选，在【Filter】中输入：smtp后【Apply】，一般暂时是不会有SMTP的数据包的：
下面我们发送一封简单的测试邮件，来分析下SMTP协议。打开VS2010新建一个控制台项目，输入如下代码：
代码
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Net.Mail;
using System.Net;
namespace SMTPDemo
{
class Program
{
private static void fnSMTPDemo()
{
SmtpClient mailClient = new SmtpClient("smtp.qq.com");
mailClient.Credentials = new NetworkCredential("214427358", "******");
MailMessage message = new MailMessage(new MailAddress("214427358@qq.com"), new MailAddress("undead_47@163.com"));
message.Body = "SMTP Demo!";
message.Subject = "SMTP Demo!";
Attachment att = new Attachment(@"G:\cnBlogs\Network\Protocol\SMTP.vsd");
message.Attachments.Add(att);
mailClient.Send(message);
}
static void Main(string[] args)
{
Program.fnSMTPDemo();
}
}
}
F5运行后，在WireShark中就可以抓取到相应的数据包了：
如果你没有看到类似的数据包，请检查防火墙设置。
在收件箱中可以看到已发送和接受的邮件：
五、SMTP安全和垃圾邮件
最初的SMTP的局限之一在于它没有对发送方进行身份验证的机制。因此，后来定义了SMTP-AUTH扩展。
尽管有了身份认证机制，垃圾邮件仍然是一个主要的问题。但由于庞大的SMTP安装数量带来的网络效应，大刀阔斧地修改或完全替代SMTP被认为是不现实的。Internet Mail 2000就是一个替代SMTP的建议方案。
因此，出现了一些同SMTP工作的辅助协议。IRTF的反垃圾邮件研究小组正在研究一些建议方案，以提供简单、灵活、轻量级的、可升级的源端认证。最有可能被接受的建议方案是发送方策略框架协议。
小结：
SMTP主要用来发送邮件，是一种最基础的服务，各大邮件服务提供商都支持SMTP，连Windows也自带了SMTP Server。借助MIME，可以发送丰富的附件信息，方便了信息快速传递、分享。
接触WireShark等一类协议分析软件可以方便的分析各种协议，该软件功能很强大，更多用法请查阅官方文档。如果你对其实现原理感兴趣，请自行编译源代码。后续篇章将继续研究邮件的相关协议：POP3、IMAP等。
