Протоколы электронной почты

Электронная почта (E-mail) – один из старейших и наиболее распространённых сетевых сервисов, популярных как в локальных, так и глобальных сетях [2, с. 673-701; 4, с.461-486].

Система электронной почты появилась в 1982 г. как сервис предка Internet сети ARPANET. Эта система значительно отличалась от принятых CCITT рекомендаций серии X.400. Сложность рекомендаций Х.400 и их непродуманность привели к редкому для сетевых технологий случаю, когда инициативная разработка победила международный стандарт. Службы электронной почты, отвечающие Х.400, не нашли широкого применения и представляют скорее научный интерес.

Электронное почтовое сообщение, как и в обычной почте, содержит конверт с необходимой для доставки информацией, заголовка с полезными для автоматизированной обработки адресатом данными и собственно сообщения.

Конверт и заголовок имеют формализованные поля. Наиболее важными из них являются (обязательные для заполнения отправителем поля выделены жирным шрифтом):

То: — адрес (а) получателя (лей) в формате имя_ящика@имя_почтового_сервера

Сс: — (carbon copy) адрес (а) дополнительного (ных) получателя (лей)

Bcc: — (blind carbon copy) слепой (ые) адрес (а) получателя (лей), о которых другим не сообщается

From: — адрес автора письма (кому можно отвечать)

Sender: — адрес отправителя письма

Received: — поле, куда при прохождении каждого узла добавляется имя узла, дата и время приёма

Return-Path: — имена узлов на пути письма

Date: — дата и время отправки письма

Reply-to: — адрес, куда надо ответить

Message-id: — уникальный идентификатор письма (для ссылок)

In-Reply-id: — идентификатор письма, на которое даётся ответ

Subject: — тема письма

Предусматривается возможность введения автором письма собственного поля, которое должно начинаться с Х

Тело сообщения представляет собой набор строк из не более, чем 1000 (рекомендуется до 78) ASCII (American Standard Code for Information Interchange) знаков, т. е. 7-и битных чисел, представляющих буквы латинского алфавита, знаки препинания и цифры (популярным для такого представления является термин «кодировка»). Символы национальных кодировок (например, знаков кириллицы), двоичные файлы (например, с аудио, или видео информацией) и др. отображаются в соответствии с соглашением MIME (Multipurpose Internet Mail Extension – многоцелевые расширения электронной почты в Интернете), которое предусматривают поле с указанием способа кодировки (например, Base64 – см. параграф 3.5.2).

Базовым методом обеспечения конфиденциальности электронной почты является её криптографическая защита. Наиболее популярная система именуется PGP (Pretty Good Privacy — достаточно хорошая конфиденциальность). Эта система предложена Филом Циммерманом (Phil Zimmerman) и предусматривает использование нескольких алгоритмов шифрования (RSA, IDEA, MD5).

Другая система носит название PEM (Privacy Enhanced Mail – почта повышенной секретности) и отличается от PGP необходимостью связи с центрами сертификации ключей, меньшей степенью защиты (для кодирования данных в системе PGP используется ключи длинной 128 бит, а в системе PEM – только 56 бит), но полным соответствием рекомендациям ITU-T (Х.400 и Х.509).

Протоколы электронной почты характеризуются значительным разнообразием от фирменных, пригодных в программных продуктах конкретных фирм-производителей, до общепризнанных. Речь идёт о протоколах именно систем электронной почты, а не о распространённых системах эмуляции почтовых служб на базе протокола НТТР (см., например, www. mail. ru).

Среди почтовых протоколов можно выделить:

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол электронной почты) – протокол, используемый для обмена почтой между узлами и отправки писем от клиента к почтовому серверу. По умолчанию протокол использует 25 порт.

РОР3 (Post Office Protocol v.3 –протокол электронной почты версии 3) – протокол для получения почты клиентом. По умолчанию протокол использует 110 порт.

IMAP v4 (Internet Message Access Protocol v.4 –протокол интерактивного доступа к электронной почте версии 4) – протокол, аналогичный РОР3, но позволяющий клиенту хранить и обрабатывать почту на самом почтовом сервере. По умолчанию протокол использует 585 порт

Протокол SMNP

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol – простой протокол сетевого управления) первоначально разрабатывался для управления маршрутизаторов, но затем был расширен на любые сетевые устройства (по умолчанию порты 161/162). В настоящее время актуальна версия 2 протокола (1999 г.) [1, с. 791-805; 2, с.660-672].

Протокол построен по принципу клиент — сервер (на управляемом сетевом устройстве должна быть запущена программа клиента) и включает в себя протокол управления (взаимодействие управляемого и управляющего узлов), язык ASN.1 (Abstract Syntax Notation v.1 — абстрактная синтаксическая нотация версии 1) описания модели управления и собственно модель управления MIB (Management Information Base — база управляющей информации). Распространению протокола мешает его низкая защищённость и ориентация на использование протокола UDP, приводящего к возможной потере сообщенийDNS

Задача разрешения имен подразумевает определение IP адреса узла по его символьному имени и определение символьного имени по заданному IP адресу.

Исторически первый, но до сих пор действующий механизм разрешения имен связан с прямым заданием таблицы соответствия символьных имён и IP адресов в файле hosts/lmhosts (первый файл используют UNIX/Linux и некоторые др. операционные системы (ОС), а второй – ОС фирмы Microsoft). Оба файла текстовые и их форматы и ключи можно найти в MS Windows в одноимённых файлах с расширением. sam (sample – образец). Очевидно, для сколько-нибудь крупной сети решить задачу таким образом полностью не представляется возможным, хотя запись в эти файлы сведений об основных серверах, маршрутизаторах, шлюзах и пр. весьма эффективна для ускорения старта компьютера в сетевом окружении.

Другой, достаточно популярный способ разрешения имён связан с использованием NetBIOS (Network Basic Input/Output System) поверх TCP/IP [3, с. 415-444, 634-637]. Эта система была разработана совместными усилиями Microsoft и IBM в 80-е годы как сетевой сервис ввода/вывода для операционной системы Windows. Позже, для реализации доступа пользователей к ресурсам сети был разработан протокол NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface – расширенный пользовательский интерфейс NetBIOS) как основной сетевой протокол в ОС Windows for Workgroups и NT. Наконец, с повсеместным распространением стека TCP/IP компания Microsoft была вынуждена выпустить реализацию NetBIOS, использующую протокол IP для передачи необходимых данных (NetBIOS поверх TCP/IP). До сих пор продолжается поддержка NetBIOS в ОС Windows 2000/NT/XP, правда уже не как основного механизма доступа к ресурсам сети. NetBIOS целесообразно использовать в небольших, одноранговых сетях.

Изначально, каждый узел в сети с NetBIOS имеет символьное имя (до 15 знаков) с идентификатором ресурса (16-ый знак), который указывает на роль узла (файловый сервер, принт-сервер, рабочая станция и пр.). «Чистый» NetBIOS применим только для небольших сетей и считается «немаршрутизируемым», т. к. –

система имён не позволяет идентифицировать сеть

широко используются широковещательные запросы для получения и обновления сведений об узлах сети (большинство маршрутизаторов широковещательные запросы не пропускают)

Для устранения указанных недостатков компания Microsoft предложила службу WINS (Windows Internet Name Service – служба Windows имен Internet) на базе серверов имен NetBIOS. Следует отметить, что несмотря на упоминание сети Internet, WINS не применяется в этой глобальной сети.

Первый недостаток NetBIOS устраняется в WINS тем, что вводится групповое имя для сети, а второй – тем, что запросы при разрешении имён обращены к конкретным серверам WINS. Неустойчивость в работе службы, трудности администрирования и затруднительность использования в глобальной сети Internet, к настоящему моменту заставили компанию Microsoft перейти к полноценной поддержке DNS.

DNS (Domain Name System – доменная система имён) реализуется с помощью одноименного прикладного протокола, использующего по умолчанию 53 порт [4, с. 305-422; 3, с. 669-717; 2, с. 651-660; 1, с.511-517]. Система DNS была разработана в рамках ОС UNIX и соответствующая служба, использующая DNS, имеет ту же аббревиатуру, но расшифровывается как Domain Name Service.

Имена в DNS строятся по иерархическому принципу в виде перевёрнутого дерева. Домены верхнего уровня (корневые) делятся по профессиональному принципу (. com — коммерческие,. gov — государственные,. net — сетевые и пр. узлы) или по национальному (. ru — русские,. fi — финские,. fr — французские и т. д.). ОС UNIX разрабатывалась в США и, само собой считалось, что все узлы находятся там же. Сейчас можно встретить двойные имена доменов, например,. com. tw – коммерческие тайваньские.

В свою очередь, каждый домен содержит поддомен, имя которого добавляется слева и отделяется точкой, и т. д. Заканчивается запись добавлением слева имени узла. Имя каждого домена, поддомена или узла не должно превышать 63 символа, а полное имя – 255 символов. Для обозначения имён традиционно используется латинский алфавит, цифры и тире (знак _ недопустим), но, в принципе, можно зарегистрировать домен с именем на кириллице, но смысл этого проблематичен.

Данные об именах зарегистрированных в любом домене поддоменов/узлов и их IP адресах хранятся в двух таблицах на DNS-серверах, где также имеется имя и адрес вышележащего домена. По первой таблице для заданного символьного имени определяется цифровой адрес (прямое преобразование и, соответственно, т. н. «прямая зона»), а по второй — по заданному адресу находится символьное имя (обратное преобразование и «обратная зона»).

Для повышения надёжности в каждом домене должно быть не менее 2-х серверов (primary — первичного и secondary — резервного), причём физически эти серверы должны находиться в разных сетях и могут располагаться не в тех доменах, имена узлов которых они содержат.

Корневой домен поддерживают свыше 10 DNS серверов, IP адреса и имена которых «зашиты» в сетевые ОС. Регистрацию новых имён и выделение соответствующих IP адресов производит владелец домена. Например, регистрацию в домене. ru производит РосНИИРОС, где регистрация имени и получение IP адреса обойдётся приблизительно в 50$, а годовая поддержка адреса – в 10$.Все изменения в таблице имен производятся на первичном DNS сервере, резервные серверы только обновляют свои записи по записям первичного сервера. Репликация (обновление) зоны производится с помощью надёжного протокола TCP, в то время, как для DNS запросов клиентов, применяется протокол UDP. Для ускорения процесса разрешения имени и уменьшения трафика в сети иногда устанавливают так называемые кэш-серверы DNS, которые записывают часто используемые имена и адреса.Режим работы DNS сервера может быть рекурсивным и не рекурсивным. В случае рекурсивного режима при невозможности разрешить DNS запрос этот запрос транслируется специально заданному другому DNS серверу (форвардеру – forfarders), который затем возвращает полученный ответ. При не рекурсивном режиме — в отсутствии информации о запрашиваемом узле производится обращение к корневым DNS серверам, а от них вниз по цепочке до получения ответа.

NAT

NAT (Network Address Translation — трансляция сетевых адресов) реализует преобразование (подмену) IP адресов локальных сетей во внешние IP адреса глобальной сети Internet [1, с. 601-607; 3, с.898-900; 8, 473]. Необходимость такого преобразования следует из соглашения об использовании части IP адресов только в локальных сетях (см. п. 3.2), по которому маршрутизаторы глобальной сети уничтожают пакеты с этими адресами.

NAT действует на сетевом и частично на транспортном уровнях, обеспечивая преобразование в IP пакетах адресов узлов локальной сети во внешний адрес. Преобразование производится путём замены адреса внутреннего узла на внешним адрес. Заменяемые адреса запоминаются в таблице, с помощью которой производится обратная замена при получении ответного пакета. Следует отметить, что для устранения возможной неразличимости преобразуется не только IP адрес, но и с помощью PAT (Port Address Translation) номер порта.

Кроме преобразования адресов NAT позволяет уменьшить потребность в IP адресах для глобальных сетей, т. к. все пользователи локальной сети могут получать доступ к ресурсам глобальной сети через один внешний адрес.

NAT — не единственный способ отправки пакетов из локальной сети в глобальную, альтернативой трансляции адресов является использование сервера-посредника.