LDPのセッション認証（TCP MD5）

LDPのセッションはTCPの646番の上に載ります。そこへ偽のセグメントを差し込まれないよう、RFC 5036はTCP MD5 Signature Option（RFC 2385）による保護を定めています。守られるのはセッションだけで、隣接の発見にもラベルの中身にも認証はかかりません。この非対称と、片側だけ設定したときに起きる紛らわしい状態を、IOS XR（XRd）のラボで確かめます。LDPの基本はLDPとはで解説しています。

何を守り、何を守らないのか

RFC 5036の2.9.1節が参照するRFC 2385は、接続の両端だけが知る情報からMD5ダイジェストを計算し、TCPセグメントに付ける仕組みです。パスワードそのものは接続のストリームに現れません。攻撃者はシーケンス番号を当てるだけでなくパスワードも入手する必要があります。

2.9.2節が、LDPでの使い方を定めています。

項目	規定
設定の単位	ピアごとにパスワード（共有秘密）を設定する
照合に失敗したとき	送信元に何も返さずセグメントを捨てる
パスワードを設定していない相手	その相手からのHelloを無視する

守られない範囲も明記されています。5.2節 Privacy のとおり、LDPはラベル配布の情報を暗号化しません。経路上でラベルの対応関係を読むことは防げず、防げるのは偽のセグメントを差し込まれることです。

Hello（UDP 646）には認証がありません。 2.9.2節の「Helloを無視する」はパスワードを設定していない相手に対する動作なので、設定済みの相手から届くHelloは無視されません。つまり片側だけにパスワードを入れると、隣接は見えたままセッションだけが張れなくなります。

IOS XRの設定

mpls ldpの直下で指定します。ピアはLDP識別子（3.3.3.3:0のようにラベルスペース番号まで含む形）で指定します。

範囲	コマンド
全ネイバー共通	`neighbor password clear <パスワード>`
ピアごと	`neighbor <LDP識別子> password clear <パスワード>`
共通パスワードをこのピアだけ無効化	`neighbor <LDP識別子> password disable`

clearは「これから平文を入力する」という意味で、保存されるときは暗号化されます。

片側だけ入れると何が起きるか

パスワードを入れた側は、届くセグメントにダイジェストが付いていることを期待します。入れていない側は付けずに送るので、照合に失敗し、応答を返さずに捨てられます。送る側からは相手が沈黙しているようにしか見えず、TCPのSYNを再送し続けます。

Helloは流れ続けるので、show mpls ldp discoveryでは隣接が見えたままです。一方show mpls ldp neighborは空になります。

セッションが落ちるとラベルの交換も止まります。IGPは無関係なのでIPの経路は残り、コア内のIP疎通は通ったまま、MPLSで運ぶVPNの通信だけが落ちます。経路表が正常に見えるため、原因の見当をつけにくい状態になります。

検証構成

冗長性のない直列構成です。コア（PE1 - P1 - P2 - PE2）でOSPFとLDPを動かし、CE1とCE2はVRF CUST-AでPEに接続してVPNv4で疎通させます。認証を入れるのはPE1 - P1の1区間だけです。

MPLS-FILTERラボ
  CE1 ------ PE1 ------ P1 ------ P2 ------ PE2 ------ CE2
(AS 65101)    |          ↑ここに認証を入れる    |   (AS 65102)
           vrf CUST-A                     vrf CUST-A
              └────── iBGP vpnv4（Lo0間）──────┘

ルータ	Lo0	役割
CE1	1.1.1.1	AS 65101、192.168.1.0/24
PE1	2.2.2.2	入口/出口LSR、vrf CUST-A
P1	3.3.3.3	中継LSR
P2	4.4.4.4	中継LSR
PE2	5.5.5.5	入口/出口LSR、vrf CUST-A
CE2	6.6.6.6	AS 65102、192.168.2.0/24

検証の全体像

STEP	操作	確かめること
0	認証なし	セッションが確立し、ping / tracerouteが通ること
1	PE1だけに`neighbor 3.3.3.3:0 password`	セッションが落ち、隣接は残ること。IPは通るのにVPNが落ちること
2	P1にも同じパスワード	復旧し、TCPにMD5オプションが載ること
3	両側から撤去（最終状態）	STEP 0と同じに戻ること

疎通はCE1からping 192.168.2.1 source 192.168.1.1 count 50 timeout 1で、コア内はPE1からping 5.5.5.5 source 2.2.2.2で測っています。

STEP 0：認証なしの状態

PE1とP1のセッションが確立し、7本のラベルを受け取っています。

STEP 0 PE1 show mpls ldp neighbor brief
RP/0/RP0/CPU0:PE1#show mpls ldp neighbor brief
Sat Sep 12 03:23:25.251 UTC

Peer               GR  NSR  Up Time     Discovery   Addresses     Labels    
                                        ipv4  ipv6  ipv4  ipv6  ipv4   ipv6 
-----------------  --  ---  ----------  ----------  ----------  ------------
3.3.3.3:0          N   N    00:25:25    1     0     3     0     7      0    

STEP 1：PE1だけにパスワードを入れる

PE1にだけ設定します。投入した内容はpassword clearですが、保存された時点でencryptedになっています。

STEP 1 PE1にcommitした設定
RP/0/RP0/CPU0:PE1#show configuration commit changes last 1
Sat Sep 12 03:27:29.095 UTC
!! Building configuration...
!! IOS XR Configuration 26.1.1
mpls ldp
 neighbor
  3.3.3.3:0 password encrypted 09676F332C2938354620201A
 !
!
end

隣接は残り、セッションだけが落ちる

show mpls ldp neighbor briefは何も返しません。

STEP 1 PE1 show mpls ldp neighbor brief
RP/0/RP0/CPU0:PE1#show mpls ldp neighbor brief
Sat Sep 12 03:29:49.148 UTC

RP/0/RP0/CPU0:PE1#show mpls ldp neighbor

ところがshow mpls ldp discoveryでは隣接が生きています。xmit/recvのままで、Establishedの時刻は設定を変える前のまま途切れていません。

STEP 1 PE1 show mpls ldp discovery
RP/0/RP0/CPU0:PE1#show mpls ldp discovery
Sat Sep 12 03:29:49.492 UTC

Local LDP Identifier: 2.2.2.2:0
Discovery Sources:
  Interfaces:
    GigabitEthernet0/0/0/1 : xmit/recv
      VRF: 'default' (0x60000000)
      LDP Id: 3.3.3.3:0, Transport address: 3.3.3.3
          Hold time: 15 sec (local:15 sec, peer:15 sec)
          Established: Sep 12 01:59:48.900 (01:30:00 ago)

Helloは認証されないので、隣接だけが無傷で残ります。show mpls ldp neighborだけを見ると「相手がいない」ように見えますが、実際には相手は見えています。

IPは通るのにVPNだけが落ちる

CE1からCE2への疎通は完全に断です。

STEP 1 CE1 ping（VPNの通信）
RP/0/RP0/CPU0:CE1#ping 192.168.2.1 source 192.168.1.1 count 50 timeout 1
Sat Sep 12 03:31:52.547 UTC
Type escape sequence to abort.
Sending 50, 100-byte ICMP Echos to 192.168.2.1 timeout is 1 seconds:
..................................................
Success rate is 0 percent (0/50)

同じ時刻に、PE1からPE2のLoopback宛のIP疎通は無損失です。

STEP 1 PE1 ping（コア内のIP疎通）
RP/0/RP0/CPU0:PE1#ping 5.5.5.5 source 2.2.2.2 count 50 timeout 1
Sat Sep 12 03:30:09.450 UTC
Type escape sequence to abort.
Sending 50, 100-byte ICMP Echos to 5.5.5.5 timeout is 1 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Success rate is 100 percent (50/50), round-trip min/avg/max = 9/11/27 ms

OSPFは動いているのでIPの経路は残り、トランスポートLSPだけが消えます。経路表を見ても異常は出ません。

TCPは応答が返らない

P1はセッションを張り直そうとしてSYNを送り続けます。03:27:31から03:36:10までの約9分間に60回、すべてP1からで、PE1からの応答は1つもありません。添付のキャプチャーのNo.900が最初の1回です。

STEP 1 No.900 SYN（P1 → PE1、tshark -V 抜粋）
Internet Protocol Version 4, Src: 3.3.3.3, Dst: 2.2.2.2
Transmission Control Protocol, Src Port: 15439, Dst Port: 646, Seq: 0, Len: 0
    Source Port: 15439
    Destination Port: 646
    Flags: 0x002 (SYN)
        TCP Option - Maximum segment size: 1240 bytes
            Kind: Maximum Segment Size (2)
        TCP Option - Window scale: 0 (multiply by 1)
            Kind: Window Scale (3)
        TCP Option - End of Option List (EOL)
            Kind: End of Option List (0)

上のtshark出力のパケット（No.900 SYN）のpcapをダウンロード

オプションはMSSとWindow scaleだけで、MD5 signatureがありません。PE1はこれを照合できないので、RFC 2385のとおり応答を返さずに捨てます。

切り分けに使うもの

syslogの出方が両側で違います。原因が分かるのはパスワードを入れた側だけです。

STEP 1 PE1のsyslog（パスワードを入れた側）
RP/0/RP0/CPU0:Sep 12 03:27:28.434 UTC: mpls_ldp[1178]: %ROUTING-LDP-5-NBR_CHANGE : VRF 'default' (0x60000000), Neighbor 3.3.3.3:0 is DOWN (Session MD5 password changed) 

STEP 1 P1のsyslog（入れていない側）
RP/0/RP0/CPU0:Sep 12 03:27:28.440 UTC: mpls_ldp[1178]: %ROUTING-LDP-5-NBR_CHANGE : VRF 'default' (0x60000000), Neighbor 2.2.2.2:0 is DOWN (TCP connection closed) 

入れていない側にはTCP connection closedとしか出ません。相手が認証を入れたことは分からないので、片側だけ設定が変わった状況では、変更を知らない側は原因にたどり着けません。見るべきものをまとめます。

見るもの	片側だけ認証を入れたとき
`show mpls ldp neighbor`	空。相手がいないように見える
`show mpls ldp discovery`	Helloは届いている。原因はセッション層にある
`show ospf neighbor` / `show route`	正常。IGPは無関係
syslog（設定した側）	`DOWN (Session MD5 password changed)`
syslog（していない側）	`DOWN (TCP connection closed)`

STEP 2：両側に同じパスワードを入れる

P1にも同じパスワードを入れると復旧します。ラベルも7本に戻りました。

STEP 2 PE1 show mpls ldp neighbor brief
RP/0/RP0/CPU0:PE1#show mpls ldp neighbor brief
Sat Sep 12 03:39:54.731 UTC

Peer               GR  NSR  Up Time     Discovery   Addresses     Labels    
                                        ipv4  ipv6  ipv4  ipv6  ipv4   ipv6 
-----------------  --  ---  ----------  ----------  ----------  ------------
3.3.3.3:0          N   N    00:03:21    1     0     3     0     7      0    

ハンドシェイクのSYNにはMD5 signature（Kind 19）が載っています。添付のキャプチャーのNo.1693です。

STEP 2 No.1693 SYN（P1 → PE1、tshark -V 抜粋）
Internet Protocol Version 4, Src: 3.3.3.3, Dst: 2.2.2.2
Transmission Control Protocol, Src Port: 46215, Dst Port: 646, Seq: 0, Len: 0
    Source Port: 46215
    Destination Port: 646
    Flags: 0x002 (SYN)
        TCP Option - Maximum segment size: 1216 bytes
            Kind: Maximum Segment Size (2)
        TCP Option - Window scale: 0 (multiply by 1)
            Kind: Window Scale (3)
        TCP Option - No-Operation (NOP)
            Kind: No-Operation (1)
        TCP Option - TCP MD5 signature
            Kind: MD5 Signature Option (19)
            MD5 digest: 094c51db8fb8adb70061c6cbd3df7e02

上のtshark出力のパケット（No.1693 SYN）のpcapをダウンロード

返ってきたSYN/ACKにも同じようにMD5 signatureが載っています（ダイジェストの値は方向ごとに違います）。

STEP 2 No.1694 SYN/ACK（PE1 → P1、tshark -V 抜粋）
Internet Protocol Version 4, Src: 2.2.2.2, Dst: 3.3.3.3
Transmission Control Protocol, Src Port: 646, Dst Port: 46215, Seq: 0, Ack: 1, Len: 0
    Source Port: 646
    Destination Port: 46215
    Flags: 0x012 (SYN, ACK)
        TCP Option - Maximum segment size: 1216 bytes
            Kind: Maximum Segment Size (2)
        TCP Option - Window scale: 0 (multiply by 1)
            Kind: Window Scale (3)
        TCP Option - No-Operation (NOP)
            Kind: No-Operation (1)
        TCP Option - TCP MD5 signature
            Kind: MD5 Signature Option (19)
            MD5 digest: b7b7fb4175fcb691ff73dfa05ab16bc2

上のtshark出力のパケット（No.1694 SYN/ACK）のpcapをダウンロード

MSSが認証なしの1240バイトから1216バイトに減っています。MD5 signatureは18バイトのオプションで、詰め物を含めて24バイトぶんのオプション領域を使うためです。

STEP	CE1 → CE2のping
0	100%（50/50）
1	0%（0/50）
2	100%（50/50）
3	100%（50/50）

STEP 3：撤去

両側からパスワードを外すと、MD5オプションの無いハンドシェイクでセッションが張り直されます。最終STEPのrunning-configは、ラボの起動時Configと1行も違いません。

設計上の注意

両端に同時に入れられないなら、入れる順番を決めておきます。 片側だけの状態は必ずセッション断になります。運用中のコアに後から入れるときは、区間ごとに保守時間を取ります
相手側には理由が出ません。 他組織との境界（インターAS）で認証を変えるときは、相手に事前に伝えないと相手側は原因を特定できません
パスワードを変えるときも一度切れます。 Session MD5 password changedで落ちてから張り直しになるため、変更も投入と同じ扱いで計画します
暗号化は行われません。 ラベルの対応関係を隠したい場合、この仕組みでは足りません

検証Configおよびshow結果

各STEPで6台すべてから、次の種類をルータごとに分けて取得しています。検証Configはこの..._run.txtです（最終状態は最後のSTEPのもの）。

ファイル	内容
`..._show.txt`	`show version` / `show mpls ldp neighbor detail` / `show mpls ldp discovery detail` / `show mpls ldp parameters` など
`..._log.txt`	そのSTEPの範囲だけに絞った`show logging`
`..._run.txt`	そのSTEP時点の`show running-config`（＝そのSTEPの検証Config）
`..._ping.txt`	そのSTEPの`ping`（50発、timeout 1秒）と`traceroute`
`..._trace.txt`	`show mpls ldp trace peer` / `discovery` など（コア4台のみ）
`..._commit.cfg`	そのSTEPで実際にcommitした設定だけ。設定を変えたルータの分のみ

STEP 0：認証なし

ルータ	show出力	syslog	running-config	ping	trace	commit
CE1	show	log	run	ping	-	-
PE1	show	log	run	ping	trace	-
P1	show	log	run	ping	trace	-
P2	show	log	run	ping	trace	-
PE2	show	log	run	ping	trace	-
CE2	show	log	run	ping	-	-

STEP 1：PE1だけにneighbor 3.3.3.3:0 password

ルータ	show出力	syslog	running-config	ping	trace	commit
CE1	show	log	run	ping	-	-
PE1	show	log	run	ping	trace	cfg
P1	show	log	run	ping	trace	-
P2	show	log	run	ping	trace	-
PE2	show	log	run	ping	trace	-
CE2	show	log	run	ping	-	-

STEP 2：P1にも同じパスワード

ルータ	show出力	syslog	running-config	ping	trace	commit
CE1	show	log	run	ping	-	-
PE1	show	log	run	ping	trace	-
P1	show	log	run	ping	trace	cfg
P2	show	log	run	ping	trace	-
PE2	show	log	run	ping	trace	-
CE2	show	log	run	ping	-	-

STEP 3：両側から撤去（最終状態）

ルータ	show出力	syslog	running-config	ping	trace	commit
CE1	show	log	run	ping	-	-
PE1	show	log	run	ping	trace	cfg
P1	show	log	run	ping	trace	cfg
P2	show	log	run	ping	trace	-
PE2	show	log	run	ping	trace	-
CE2	show	log	run	ping	-	-

PE1 - P1間のキャプチャー全体です。STEP 1のSYN再送から、STEP 2のMD5付きハンドシェイク、STEP 3の撤去までが1本に入っています。

PE1 - P1間のキャプチャー全体をダウンロード

参考

出典	参照した箇所
RFC 5036 LDP Specification	2.9.1節（TCP MD5 Signature Option）、2.9.2節（ピアごとのパスワード、照合失敗時は応答せず破棄、パスワード未設定の相手のHelloを無視）、5.2節（暗号化されないこと）
RFC 2385 Protection of BGP Sessions via the TCP MD5 Signature Option	MD5 signatureのTCPオプション（Kind 19）

検証はXRd 26.1.1（Cisco Modeling Labs）で実施しました。