Email Protocol - SMTP, POP3, IMAP

email 발송에는 SMTP를, 수신에는 POP3나 IMAP을 사용하며, 각 protocol은 용도와 동작 방식이 다릅니다.

Email Protocol

• email system은 SMTP(발송), POP3(수신/download), IMAP(수신/동기화) 세 가지 protocol로 구성됩니다.
  • 발송과 수신에 서로 다른 protocol을 사용하므로, 완전한 email 사용을 위해서는 두 가지를 모두 설정해야 합니다.
  • 현대 email service는 대부분 SMTP + IMAP 조합을 사용합니다.

flowchart LR
    subgraph 발신자
        MUA1[Email Client]
    end
    subgraph 발신 Server
        MTA1[SMTP Server]
    end
    subgraph 수신 Server
        MTA2[SMTP Server]
        MDA[Mail Storage]
    end
    subgraph 수신자
        MUA2[Email Client]
    end

    MUA1 -->|SMTP| MTA1
    MTA1 -->|SMTP| MTA2
    MTA2 --> MDA
    MDA -->|POP3/IMAP| MUA2

SMTP

• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)는 email 발송 전용 protocol입니다.
  • email client에서 mail server로, server에서 server로 message를 전송합니다.
  • 받는 기능은 없으며, 오직 보내는 역할만 담당합니다.

Port 구성

• SMTP는 용도와 보안 수준에 따라 서로 다른 port를 사용합니다.

• port 587이 현대 email client에서 가장 권장되는 설정입니다.

SMTP 통신 과정

• SMTP는 text 기반 command-response 구조로 동작합니다.

Client: EHLO mail.example.com
Server: 250-mail.server.com Hello
Client: AUTH LOGIN
Server: 334 VXNlcm5hbWU6
Client: (base64 encoded username)
Server: 334 UGFzc3dvcmQ6
Client: (base64 encoded password)
Server: 235 Authentication successful
Client: MAIL FROM:<sender@example.com>
Server: 250 OK
Client: RCPT TO:<receiver@example.com>
Server: 250 OK
Client: DATA
Server: 354 Start mail input
Client: Subject: Test Email
Client:
Client: Hello, this is a test.
Client: .
Server: 250 OK
Client: QUIT
Server: 221 Bye

POP3

• POP3(Post Office Protocol 3)는 email을 download하여 local에 저장하는 수신 protocol입니다.
  • server에서 client로 message를 가져온 후 server에서 삭제하는 것이 기본 동작입니다.
  • 단일 device 환경에 적합합니다.

Port 구성

POP3 특징

• offline 중심 : download 후 internet 연결 없이도 email 확인 가능합니다.
• server storage 절약 : message를 가져온 후 server에서 삭제합니다.
• 단일 device : 여러 device에서 같은 mailbox를 동기화할 수 없습니다.
• 단순한 구조 : folder 관리, 검색 등 고급 기능이 없습니다.

POP3 동작 단계

• POP3 session은 세 단계로 진행됩니다.

IMAP

• IMAP(Internet Message Access Protocol)은 email을 server에 보관하면서 동기화하는 수신 protocol입니다.
  • 여러 device에서 동일한 mailbox 상태를 유지합니다.
  • 현대적인 multi-device 환경에 적합합니다.

Port 구성

IMAP 특징

• server 중심 : message가 server에 보관되어 어디서든 접근 가능합니다.
• multi-device 동기화 : 읽음 상태, folder 구조가 모든 device에서 동일합니다.
• folder 관리 : hierarchical folder 구조를 지원합니다.
• 부분 download : message header만 먼저 가져오고, 필요할 때 body를 download합니다.
• server-side 검색 : server에서 검색을 수행하여 network traffic을 줄입니다.

IMAP Message Flag

• IMAP는 각 message에 flag를 설정하여 상태를 관리합니다.

POP3 vs IMAP 비교

• 현재는 대부분 IMAP을 사용하며, POP3는 legacy 환경에서 제한적으로 사용됩니다.

flowchart LR
    subgraph POP3
        S1[(Server)] -->|download| D1[Device]
        S1 -.->|삭제| S1
    end

    subgraph IMAP
        S2[(Server)] <-->|동기화| D2[Phone]
        S2 <-->|동기화| D3[Laptop]
        S2 <-->|동기화| D4[Web]
    end

Email Client 설정 예시

• email client에서는 발송(SMTP)과 수신(IMAP/POP3)을 별도로 설정합니다.
  • 각 provider마다 server 주소, port, 암호화 방식이 다릅니다.

sequenceDiagram
    participant Client
    participant SMTP as SMTP Server
    participant IMAP as IMAP Server

    Note over Client, SMTP: 발송
    Client->>SMTP: 연결 (port 587)
    SMTP-->>Client: 220 Ready
    Client->>SMTP: STARTTLS
    Client->>SMTP: AUTH (OAuth/App password)
    Client->>SMTP: MAIL FROM, RCPT TO, DATA
    SMTP-->>Client: 250 OK

    Note over Client, IMAP: 수신
    Client->>IMAP: 연결 (port 993, SSL/TLS)
    Client->>IMAP: LOGIN/AUTH
    Client->>IMAP: SELECT INBOX
    IMAP-->>Client: message 목록
    Client->>IMAP: FETCH
    IMAP-->>Client: message 내용

발송 (SMTP) 설정

수신 (IMAP) 설정

인증 방식

• OAuth 2.0 : Gmail, Outlook 등 주요 provider가 권장하는 방식입니다.
  • access token을 사용하여 password 노출 없이 인증합니다.
  • token 만료 시 자동 갱신됩니다.
• App password : 2단계 인증(2FA) 활성화 시 사용합니다.
  • provider 계정 설정에서 별도의 app 전용 password를 생성합니다.
  • 일반 password 대신 이 값을 email client에 입력합니다.
• 기본 인증 (Basic Auth) : username과 password를 직접 사용합니다.
  • 보안상 취약하여 대부분의 provider에서 비활성화되었습니다.
  • Gmail은 2022년부터, Microsoft는 2023년부터 기본 인증을 차단했습니다.

설정 시 주의 사항

• TLS/SSL 암호화를 반드시 활성화해야 합니다.
• 2단계 인증 사용 시 app password가 필요합니다.
• email service provider의 보안 설정에서 IMAP/POP3 접근을 허용해야 합니다.
• STARTTLS는 평문 연결 후 암호화로 전환하고, SSL/TLS는 연결 시점부터 암호화됩니다.

Reference

• https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc5321
• https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc1939
• https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc3501