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2.3 인터넷 전자메일 - Computer Network

2.3 인터넷 전자메일 - Computer Network

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Computer Network
Computer Science Engineering

2.3 인터넷 전자메일

이 절에서는 인터넷 전자메일 구조의 중심에 있는 애플리케이션 계층 프로토콜을 알아본다.
아래 그림은 인터넷 메일 시스템의 상위 레벨 개념을 보여준다.
notion image
Three major components of Electronic mail:
  • User agents
  • Mail servers
  • SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)

사용자 에이전트(User Agent, UA)

  • a.k.a. "mail reader"
  • 사용자 에이전트는 사용자가 메시지를 읽고, 응답하고, 전달하고, 저장하고, 구성하게 해준다.
  • 대표적으로 마이크로 소프트 아웃룩(Outlook), 애플 메일 등이 있다.

메일 서버(mail server)

  • 전자 메일 인프라스트럭처의 중심이다.
  • 각 수신자는 메일 서버에 메일 박스(mailbox)를 갖고 있다.
    • 메일 박스는 수신자의 메시지를 유지하고 관리한다.
    • 일반 메시지는 송신자의 사용자 에이전트에서 전달이 시작되고, 송신자의 메일 서버를 거친 후에 수신자의 메일 서버로 전달된다.거기서 수신자의 메일 박스에 저장된다.
    • 전자메일 박스에 있는 메시지를 보려면 메일 서버는 사용자 계정과 비밀 번호를 이용하여 이용자를 인증하여야 한다.
  • 송신자는 메일 서버의 고장에도 대처해야 한다.
    • 만약 메일을 수신자의 메일 서버로 전달할 수 없다면 그 메시지를 메시지 큐(queue)에 보관하고 나중에 그 메시지를 전달하기 위해 다시 시도한다.
    • 재시도는 약 30분마다 일어나고, 계속 실패 시에 서버는 그 메시지를 제거하고 송신자에게 통보한다.

SMTP

💡 인터넷 전자메일을 위한 주요 애플리케이션 계층 프로토콜이다.
  • SMTP는 메일을 송신자의 메일 서버로부터 수신자의 메일 서버로 전송하는 데에 TCP의 신뢰적인 데이터 전송 서비스를 이용한다.
  • SMTP는 대부분의 애플리케이션 계층 프로토콜처럼, 클라이언트와 서버를 갖고 있다.
  • SMTP의 클라이언트와 서버 모두가 모든 메일 서버에서 수행되고, 상대 메일로 송신할 때는 클라이언트가 되고 수신할 때는 서버가 된다.

2.3.1 SMTP

uses TCP to reliably transfer email message from client to server, port 25
direct transfer: sending server to receiving server
SMTP에서는 모든 메일 메시지의 몸체는 단순한 7-bit ASCII여야 한다.
이 때문에 전송 용량이 제한되어 커다란 첨부 파일이나 비디오 파일을 보낼 때 문제를 일으킨다.
Three phases of transfer
  1. handshaking (greeting)
  1. transfer of messages (data exchange)
  1. closure

기본 동작 과정

notion image
  1. 앨리스는 전자 메일 사용자 에이전트를 수행하고, 밥의 전자 메일 주소를 제공하여 메시지를 보내라고 명령한다.
  1. 앨리스의 사용자 에이전트는 메시지를 그녀의 메일 서버에게 보내고, 그곳에서 메시지는 메시지 큐에 놓인다.
  1. 앨리스의 메일 서버에서 동작하는 SMTP의 클라이언트 측은 메시지 큐에 있는 메시지를 본다.
      2. 밥의 메일 서버에서 수행되고 있는 SMTP 서버에게 TCP 연결을 설정한다.
  1. 초기 SMTP 핸드셰이킹 이후에 SMTP 클라이언트는 앨리스의 메시지를 TCP 연결로 보낸다.
  1. 밥의 메일 서버 호스트에서 SMTP의 서버 측은 메시지를 수신한다. 밥의 메일 서버는 그 메시지를 밥의 메일 박스에 놓는다.
  1. 밥은 편한 시간에 그 메시지를 읽기 위해 사용자 에이전트를 시동한다.
SMTP는 두 메일 서버가 먼 거리에 떨어져 있더라도 중간 메일 서버를 이용하지 않는다.
즉, 메시지를 보낼 때 보내는데 실패하더라도 중간 메일 서버에 저장되는 것이 아니라 송신자의 메일 서버에 남아있다.

기본 동작 과정 Detail

  1. 클라이언트 SMTP는 서버의 SMTP의 25번 포트로 TCP 연결을 설정한다. 서버가 죽어있다면 나중에 시도한다.
  1. 연결이 설정되면, 애플리케이션 계층 핸드셰이킹을 수행한다.
      2. 이때 SMTP 클라이언트는 송신자의 전자메일 주소와 수신자의 전자메일 주소를 제공한다.
  1. 이후 클라이언트는 메시지를 보낸다. (TCP의 신뢰적인 데이터 전송 서비스에 의존)
  1. 보낼 다른 메시지가 있다면 같은 TCP 연결 상에서 반복하며, 그렇지 않으면 TCP를 닫는다. (지속 연결(persistent connection))

SMTP 클라이언트(C)와 SMTP 서버(S) 사이의 메시지 전달 과정 예시

S:  220 hamburger.edu
C:  HELO crepes.fr
S:  250 Hello crepes.fr, pleased to meet you
C:  MAIL FROM: <alice@crepes.fr>
S:  250 alice@crepes.fr ... Sender ok
C:  RCPT TO: <bob@hamburger.edu>
S:  250 bob@hamburger.edu ... Recipient ok
C:  DATA
S:  354 Enter mail, end with ”.” on a line by itself
C:  Do you like ketchup?
C:  How about pickles?
C:  .
S:  250 Message accepted for delivery
C:  QUIT
S:  221 hamburger.edu closing connection
notion image
  • 클라이언트는 5개의 HELO, MAIL FROM, RCPT TO, DATA, QUIT 명령을 내린다.
  • 클라이언트는 하나의 점(.)으로 된 라인을 송신하며, 그것은 서버에서 메시지의 끝을 나타낸다.
  • 서버는 각 명령에 응답하며, 각 응답에는 응답 코드와 영문 설명이 있다.
SMTP는 지속 연결(persistent connection)을 사용한다.
즉, 같은 수신 메일 서버로 보내는 여러 메시지를 갖고 있다면, 같은 TCP 연결을 통해 모든 메시지를 전달할 수 있다.
telnet 명령어를 사용하면 원격 메일 서버와 위와 같은 대화를 할 수 있다.

2.3.2 메일 메시지 포맷

전자메일을 보낼 때 주변 정보가 포함된 헤더(header)가 메시지 몸체(body) 앞에 오게 된다.
  • 이 헤더는 RFC 5322에 정의되어 있으며, 헤더와 몸체는 CRLF로 분리된다.
  • 모든 헤더는 From: 헤더라인과 To: 헤더 라인을 반드시 가져야 한다. (나머지 헤더는 선택사항이다.)
notion image
일반 메시지 헤더는 다음과 같다.
From: alice@crepes.fr
To: bob@hamburger.edu
Subject: Searching for the meaning of life.

Message

2.3.3 메일 접속 프로토콜(Mail access protocols)

  • SMTP : delivery / storage to receiver's server
  • Mail access protocol : retrieval from server
메일 서버가 메일 박스를 관리하고, SMTP의 클라이언트와 서버 측 모두를 수행한다.
메일 서버가 로컬 호스트에 있다면, 호스트는 언제든 도착할 수 있는 전자 메일을 수신하기 위해 항상 켜져 있어야 하고 인터넷에 연결되어 있어야 한다.
이는 대부분의 인터넷 사용자에게는 비현실적이다.
대신에 일반 사용자는 로컬 호스트에서 사용자 에이전트를 수행하고 늘 켜져 있는 공유 메일 서버에 저장된 메일박스에 접근한다.
메일 서버는 보통 사용자들과 공유한다.
notion image

송신자 사용자 에이전트에서 수신자 메일 서버까지

클라이언트의 사용자 에이전트는 수신자의 메일 서버로 직접 대화하지 않는다.
대신에 그림처럼 (1) 클라이언트의 사용자 에이전트는 클라이언트의 메일 서버로 전자메일 메시지를 SMTP 또는 HTTP를 이용하여 보낸다.
(2) 그리고 수신자의 메일 서버는 SMTP를 이용하여 수신자의 메일 서버로 전자메일 메시지를 중계한다.
두 단계 절차를 거치는 주요 이유는 수신자의 메일 서버를 통해 중계하지 않으면 수신자의 에이전트는 목적지 메일 서버에 도달할 수 없기 때문이다.
송신자는 전자메일을 자신의 메일 서버에 먼저 저장하고, 수신자의 메일 서버는 그 메시지를 수신자의 메일 서버로 받을 때까지 30분 마다 반복해서 보내려고 한다.

수신자 메일 서버에서 수신자 사용자 에이전트까지

수신자는 자신의 ISP 내부의 메일 서버에 메시지를 어떻게 얻을 수 있는가?
SMTP는 push 프로토콜인 반면 메시지를 얻는 것은 pull 동작이기 때문에 다른 프로토콜을 사용하여야 한다.
두 가지 대표적인 방법
  • HTTP
    • 웹 기반 전자메일이나 스마트폰 앱의 경우에 쓰인다.
    • 당연히 메일 서버는 SMTP 인터페이스와 HTTP 인터페이스 둘 다 가지고 있어야 한다.
  • IMAP : RFC 3501에 정의된 인터넷 메일 접근 프로토콜
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