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电子邮件系统是基于客户机／服务器方式的：客户端也叫作用户代理（User Agent），提供用户界面，负责邮件发送的准备工作，如邮件的起草、编辑以及向服务器发送写的邮件或从服务器取邮件等；服务器端也叫作传输代理（Message Transfer Agent），负责邮件的传输，它采用端到端的传输方式，源端主机参与邮件传输的全过程。电子邮件系统的工作原理如下图所示。
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在Internet上收发E-mail时，邮件并不是直接发送到对方的计算机上，而是先发送到邮件服务器上。邮件服务器是一台24小时开机的计算机，邮件由此服务器负责发送（由它将信发送到对方的邮件服务器上）；别人给我们发送的邮件也是先发到对方的邮件服务器上，由该邮件服务器向我们的邮件服务器传送邮件，等接收邮件时，需要先和邮件服务器联系上，然后服务器再把邮件传送到我们的计算机上。
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电子邮件在发送和接收的过程中还要遵循一些基本协议和标准，这些协议主要有SMTP、POP3、IMAP、MIME等。只有通过这些电子邮件协议，一份电子邮件才能顺利地被发送和接收。下面介绍几种重要的电子邮件协议。
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SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是Internet上基于TCP/IP的应用层协议，适用于主机与主机之间的电子邮件交换。SMTP的特点是简单，它只定义了邮件发送方和接收方之间的连接传输，将电子邮件由一台计算机传送到另一台计算机，而不规定其他任何操作（如用户界面的交互、邮件的接收、邮件存储等）。Internet上几乎所有主机都运行着遵循SMTP的电子邮件软件，因此使用非常普遍。另外，由于SMTP简单，因而其有一定的局限性，它只能传送ASCII文本文件，而对于一些二进制数据文件则需要进行编码后才能传输。相比之下，具有同样功能的X.400协议要比SMTP完善得多，但由于X.400要求的环境较高，因此它的使用仅限于某些特定的网络中。
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电子邮件用户要从邮件服务器读取或下载邮件时必须要有邮件读取协议。现在常用的邮件读取协议有两个：一个是邮局协议的第3版本（Post Office Protocol Version 3, POP3）；另一个是因特网报文存取协议（Internet Message Access Protocol, IMAP）。
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POP3是一个非常简单，但功能有限的邮件读取协议，大多数ISP都支持POP3。当邮件用户将邮件接收软件设定为POP3阅读电子邮件时，每当使用者要阅读电子邮件时，它会把所有信件内容都下载至使用者的计算机，此外，它可选择把邮件保留在邮件服务器上或是不保留在邮件服务器上；不管怎么样，它都会全部下载至使用者的计算机。当使用者选择不保留邮件在服务器上时，若使用者不使用同一台计算机阅读电子邮件时，他将无法阅读之前所下载过的信件。而如果使用者选择保留邮件在服务器上，当信件的数量积累太多时，阅读信件所需要花的时间也相对较长。若使用者不使用同一台计算机阅读电子邮件时，信件内容将会保留在每一台所使用的计算机上，如此一来，如果使用者不及时清理其信件时，信件将很容易被其他人阅读。
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IMAP是另一种邮件读取协议。当邮件用户将邮件接收设定为IMAP阅读电子邮件时，它并不会把所有信件内容都下载至计算机，而只下载邮件的主题等信息，所有的信件都还保留在邮件服务器上，因为只下载邮件的主题等信息，所以相对于POP3来说，阅读电子邮件的速度比较快；当使用者要阅读信件时，才会将信件的内容下载至使用者的计算机上，当使用者离线后，若要再阅读信件时，就要重新输入账号和密码，才能阅读所有的信件内容。因为信件内容没有下载至使用者的计算机，因此对使用者的信件提供了较高的隐秘性，其他人无法看到其信件内容。目前，使用的IMAP协议是其第4个版本，即IMAP4。
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MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）是一种编码标准，它解决了SMTP只能传送ASCII文本的限制，MIME定义了各种类型数据，如声音、图像、表格、二进制数据等的编码格式。通过对这些类型的数据编码并将它们作为邮件中的附件（Attachment）进行处理，以保证这部分内容完整、正确地传输。因此，MIME增强了SMTP的传输功能，统一了编码规范。目前，SMTP、POP3、IMAP和MIME已广泛应用于各种E-mail系统，成为Internet上邮件传送的标准。
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邮件服务器为每个用户建立一个电子信箱，它是服务器上的一块磁盘存储区域，专门用来存放用户的邮件，由邮件系统进行操作和管理。电子信箱是私有的，只有信箱的主人有权检查邮件的内容。每个信箱都有一个地址，称为电子邮件地址。电子邮件地址可以是某一个用户的地址，也可以是一组用户的地址。电子邮件地址在全球范围内唯一，它的格式可以表示为：用户名@主机名。
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显然，邮件地址的含义为在某台主机上的某个用户。主机名就是前面介绍的每个拥有独立IP地址的计算机所拥有的域名，用户名则是在该计算机上为用户建立的账户名。
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例如，对于邮件服务器mail.ustc.edu.cn上的一个用户zhang，他的电子邮件地址为zhang@mail.ustc.edu.cn。
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一个完整的电子邮件主要由邮件头和邮件正文两部分组成。
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邮件头是一个电子邮件前几行，它反映邮件的重要统计信息，主要包括发送时间（Date）、收件人的地址（To）、寄件人的地址（From）、主题（Subject）、能得到邮件副本人的地址（Cc）等。邮件头就像普通信件的信封一样，不过邮件头不由发信人书写，而是在E-mail传送过程中由系统自动生成的。邮件头中必须输入收件人地址，但主题等不是必须输入的。
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邮件正文是邮件本身的具体内容，一般为ASCII码表达的邮件正文，有许多电子邮件系统还可以包含图形、音乐、文件附件等内容。邮件正文通常用编辑器预先写成文件，或者在发E-mail时用电子邮件编辑器联机输入。
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用户使用电子邮件不仅要有电子邮件地址，还要有一个负责收发电子邮件的应用程序，如Windows 95/98/NT下的MS Outlook Express、Netscape Mail、Eudora、FoxMail等，都是通过SMTP、POP3和IMAP协议发送和接收电子邮件。另外，也可以通过Web浏览器收发邮件。
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