SMTP通讯模块设计 - 嵌入式SMTP协议远程通讯模式设计

　　2． SMTP通讯模块设计

　　通过电子邮件来与网络嵌入式系统通信有如下优点：（1） 用户接口是日常使用的标准电子邮件客户程序，对技术要求较低；（2） 有现成的协议用于从各种设备（桌面电脑、手持设备及网络电话）发送电子邮件并在因特网上传输；（3） 只需稍加处理，便可对嵌入式设备上回复的电子邮件以HTML格式进行编码，使数据的表现形式更为丰富和易读；（4） 电子邮件客户程序有自己的存档日志，便于进行数据归档备份［3］。

　　系统中实现的是一个简化的SMTP Server。仅仅是根据基本的SMTP交互协议实现邮件接收和邮件转储。不提供邮件转发，也不需要考虑多用户的邮件并发连接。该SMTP Server仅仅为单用户提供专用连接，并按自己的特定格式接收。

　　因此，该SMTP Server实现的核心是实现最简单的SMTP锁步协议对话机，并从邮件中析取出命令及附件数据。在分析标准SMTP协议后，程序中仅实现符合应用需求的最简洁的SMTP对话机制。Server只是对客户命令有效的发出每一个对话的响应码及固定信息，然后接收客户机的应答。在应答消息中也仅仅分析应答的字符命令是否正确，而不理睬其他信息。在邮件处理过程中，只查找主题并判断，然后从邮件中判断出附件的标志并从附件开始处接收数据然后解码。

　　2.1 SMTP通讯基本流程

　　为实现设备的远程控制及状态响应，将SMTP软件的结构模块化。分为套接字通讯模块、E-mail编码模块、E-mail解析模块、SMTP/ESMTP协议模块、附件解析模块。其基本结构如图2。

　　

　　图2： 嵌入式SMTP远程控制流程

　　2.2 套接字通讯模块

　　网络套接字模块负责与远端客户机、服务器建立TCP连接，发送和接收从客户端发送的命令和数据以及向其他SMTP服务器端返回邮件数据。这些都是基于TCP/IP栈通过Linux操作系统的标准Socket机制来实现的。在网络模块中，为便于升级，考虑到了IPv4到IPv6过渡。在用户设置服务器地址的时候，可以支持IP地址输入和域名输入两种方式，这样给用户带来很大方便。

　　在该模块中，提供一个TCP流套接字服务器。在端口25上绑定套接字，最多可以提供一个连接，支持5个等待。一旦服务器接受一个连接，该套接字被传给SMTP/ESMTP协议模块，来处理SMTP协议实现交互。处理完后关闭套接字，然后可以等待另一个请求。

　　2.3 E-mail编码模块

　　在系统中，远程设备需要周期性的将设备运行状态及各参数发送给管理者，以及在管理者发送查询指令时将查询的关键值发送给管理者。这需要设备能够根据运行的参数构造标准结构的E-mail并发送。

　　E-mail编码模块的功能是：设备发送邮件时，将设备参数及状态转变成标准的适合在Internet上传输的邮件格式。

　　一个完整的E-mail报文包括包封、报头和报体。包封是用SMTP命令MAIL FROM和RCPT TO来定义。报头信息包括：收件人（To：），发件人（Sender：），抄送者（CC：），发送日期（Date：），主题（Subject：），MIME版本（Mime-version：）等。在报体中信息包括：内容类型（Content-Type：），内容传输编码类型（Content-Transfer-Encoding：），边界定义（Boundary：）及信息内容等。邮件信息每行之间都以CR/LF（回车换行符）作为结尾。可以通过这些邮件头信息的关键词，解析出收件人、发件人、抄送人、发送日期，MIME版本号等［4］。

　　报体信息包括邮件的正文和附件。正文开始的标记是邮件头信息结束后的两个回车换行符，即两个CR/LF。邮件结束的标志是。。模块中提供了对MIME（Multipurpose Internet Mail Extensions）1.0格式邮件的处理。实现了MIME内容传输编码，包括：7-bit，8-bit， quoted-printable，Base64编解码。

　　2.4 SMTP/ESMTP协议模块

　　SMTP/ESMTP是一种基于命令/应答模式的锁步协议。客户机给出字符串命令，服务器给出数字代码应答，实现邮件的锁步传输。

　　在TCP连接基础上（端口号25），本模块实现SMTP/ESMTP协议的最小命令集。作为客户发送邮件时，实现的客户连接命令包括： ELHO（或者HELO）、AUTH LOGIN、USER、PASS、MAIL FROM、RCPT TO、DATA、RSET、NOOP、QUIT。作为服务器接收邮件时，响应的数字代码包括：220（服务就绪）、221（服务关闭）、250（要求的邮件操作完成）、354（开始邮件输入，以。结束）、500（命令不识别）［4］［5］。

　　发送者的用户名和密码必须经过Base64编码后，发送到SMTP/ESMTP服务器端，认证才能成功。实现过程见图3。

　　

　　图3：SMTP/ESMTP协议模块基本流程

　　2.5 E-mail解析模块

　　远端设备在收到邮件指令时，应能从邮件中正确析取出指令并做出响应。

　　系统中的E-mail解析模块通过查找E-mail中的主题来知道命令类型。其在E-mail报体中查找字符串Subject来发现E-mail的主题，并从中找到规定类型的命令字头。如无相应主题，返回-1，将邮件丢弃。根据主题命令字的不同，完成设备的相关动作控制或相应状态的邮件报告。对于数据块的更新，使用附件解析模块来得到附件中的数据。

　　3． 安全性问题

　　由于SMTP技术的开放性和标准性，其开发的简单便利也带来很多缺点。设备的远程控制必须对访问者有所区分，否则系统的安全将不可预料。

　　特别是，SMTP协议在发送邮件信息，甚至是用户名和密码的时候采用的是明文发送。通过常见的抓包工具，就可以轻易获得正在接收或发送邮件的用户的所有信息，包括用户名和密码以及邮件信息，这给设备的正常操控带来了极大的威胁。即使ESMTP协议在发送用户名和密码的时候采用的是base64编码，但其解码也是轻而易举，因此其安全性也有限。

　　对于安全问题，可根据不同的控制环境使用不用的策略［6］。

　　（1） 闭环网络访问策略：把网络访问范围局限在 Intranet 范围内，通过网内任意PC机发送的邮件命令可以进行远程监视、诊断、远程控制和参数设置。所有可能的攻击点全部局限在本网络范围内。

　　（2） 只读访问策略：对关键信息和敏感信息，一个重要的安全措施就是将其标记为只读特性，尤其是从Intranet 范围外的IP 地址来的访问请求。这样用户可以在任意地方查看远程设备的状况，出现问题可以及时采取措施。

　　（3） 引入加密机制，如：MD5加密就可以增加安全性。

　　4． 结束语

　　本文介绍了在ARM的硬件平台上，如何构建以嵌入式Linux为基础利用SMTP协议来进行设备的远程监控的实现方法。通过该方法，我们实现了对传统工控项目的远程控制改造升级。在该方案的基础上，完全可以实现设备的网络化和智能化管理，为现场可编程设备的在线远程监控、管理及维护等功能提供了实现的可能性和技术上的支持。通过对SMTP协议的合理利用，使“Action over IP”的思想得以实现，从而在远处可以对设备的“行为”进行有效的管理和控制。