详解电子邮箱工作原理｜SMTP、POP3、IMAP、SPF、MIME

写在前面

电子邮件（Email）是一种通过互联网进行异步通信的技术，工作原理涉及多个协议、服务器和客户端协同工作。

接下来我们来介绍一下电子邮箱的工作原理

1. 电子邮件的核心组成部分

1. 邮件客户端：用户直接交互的软件，比如QQ邮箱、Outlook、Gmail网页端，负责撰写、发送、接收和管理邮件。
2. 邮件服务器（Mail Server）：分为 发送服务器（SMTP服务器） 和 接收服务器（POP3/IMAP服务器）。存储用户邮箱，处理邮件的发送、接收和中转。
3. DNS（域名系统）：通过 MX记录（Mail Exchange Record）查找收件人邮箱的服务器地址。

下面简单介绍几个重要协议：

• SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）：用于发送邮件的协议，负责在发送者和接收者之间传输邮件。
• POP3（Post Office Protocol 3）：一种接收邮件的协议，允许客户端从服务器下载邮件。
• IMAP（Internet Message Access Protocol）：另一种接收邮件的协议，允许客户端在服务器上同步邮件并且保持邮件在服务器上不被删除。支持多设备。
• MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）：扩展了SMTP协议，允许电子邮件传输多种内容，如文本、图片、音频和视频等。

2. 邮件发送流程

1️⃣：用户A 在邮件客户端填写收件人(用户B)邮箱地址(xxx@163.com)以及主题、正文和附件，发送邮件时候会提交到邮箱系统所在的发送服务器。
2️⃣：发件服务器通过DNS查询用户B域名(xxx@163.com)的 MX记录，找到目标邮件服务器地址，并将邮件发送到发件方的SMTP服务器。
3️⃣：收件方SMTP服务器验证收件地址有效性后，将邮件存入对应的邮箱。
4️⃣ / 5️⃣：用户B通过客户端（如手机邮件App）使用 POP3 或 IMAP 协议连接到邮件服务器(163的邮件)。
6️⃣：客户端显示将邮件内容（文本、图片、附件等）呈现给用户。

⚠️ 注意点：

1. DNS MX记录的作用：
   • MX记录指向接收邮件的服务器地址，优先级由数值决定（数值越小优先级越高）。例如：example.com 的MX记录可能指向 mail.example.com。
2. SMTP通信过程：
   • 通过TCP端口25（或加密端口465/587）建立连接。
3. 邮件编码与附件处理：
   • 使用 MIME 编码非文本内容（如图片）。
   • 附件通过Base64编码转换为文本格式传输。

3. 常见错误问题

1. 退信（Bounce）
   • 原因包括：收件地址不存在、服务器拒收（如黑名单）、附件过大等。这种情况下，错误信息通过SMTP返回给发件人。
2. 邮件延迟
   • 可能因服务器队列拥堵、DNS查询失败或网络问题导致。

4. 邮件的安全性

邮件在传输过程中可能涉及多种安全机制，主要包括：

• SSL/TLS加密：用于加密SMTP、POP3和IMAP等协议的连接，确保邮件在传输过程中不被窃取或篡改。

• SPF(Sender Policy Framework) ：用于验证发件人域名是否授权了该IP发送邮件。

• DKIM(DomainKeys Identified Mail)：通过数字签名验证邮件的完整性。

• DMARC(Domain-based Message Authentication, Reporting & Conformance)：基于SPF和DKIM的策略框架，增强邮件验证能力。

5. 垃圾邮件过滤

垃圾邮件（Spam）是每个邮件系统都必须处理的问题。现代邮件服务通过多种方式进行垃圾邮件过滤，包括：

• 黑名单：邮件服务器会把已知的垃圾邮件源列入黑名单，来自这些源的邮件将被拒绝。
• 内容分析：邮件内容分析可以检测其中是否包含常见的垃圾邮件特征。
• 机器学习：一些邮件服务使用机器学习算法来检测垃圾邮件，逐步提高准确率。

参考

[1] https://faq.cyberimpact.com/en/articles/1415/what-is-spf-dkim-and-dmarc-authentication
[2] https://chat.deepseek.com