MPTCPのパケットを眺めてみる(その1)

前回は、RFC 6824で定義されているMPTCPについて紹介しました。
今回は、TCPのオプション領域でやり取りされるMPTCPのシグナリングパケットを簡単に説明し、RFCで定義されているオプションのフォーマットとMPTCPのMP_CAPABLEが付いた実際のパケットを見比べてみようと思います。

TCPのオプション種別

IANAによって割り当てられたTCPのオプション種別の番号は、30(0x1e)です。RFC 6824にも以下のように記載されています。

+------+--------+-----------------------+-----------+
| Kind | Length |        Meaning        | Reference |
+------+--------+-----------------------+-----------+
|  30  |    N   | Multipath TCP (MPTCP) |  RFC 6824 |
+------+--------+-----------------------+-----------+
		Table 1: TCP Option Kind Numbers

TCPヘッダに含まれるデータオフセットは4ビットの領域です。そのため、TCPヘッダの最大長は60バイト(15(0xf) * 4byte)になります。TCPヘッダのオプション領域を除く長さは20バイトなので、40バイトの領域が使用可能です。しかし、これにはMPTCP以外のオプション(例えば、SACKなど)も含まれるので、実際にはもっと少なくなります。

MPTCPのオプションフォーマット

MPTCPのオプションフォーマットは以下の通りです。

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+---------------+---------------+-------+-----------------------+
|     Kind      |    Length     |Subtype|                       |
+---------------+---------------+-------+                       |
|                     Subtype-specific data                     |
|                       (variable length)                       |
+---------------------------------------------------------------+
		Figure 3: MPTCP Option Format

1バイトの種別、1バイトの長さ、4ビットのサブタイプ、サブタイプごとの可変長のデータで構成されています。

サブタイプ

MPTCPのサブタイプは以下の通りです。

+-------+--------------+----------------------------+---------------+
| Value |    Symbol    |            Name            |   Reference   |
+-------+--------------+----------------------------+---------------+
|  0x0  |  MP_CAPABLE  |      Multipath Capable     |  Section 3.1  |
|  0x1  |    MP_JOIN   |       Join Connection      |  Section 3.2  |
|  0x2  |      DSS     | Data Sequence Signal (Data |  Section 3.3  |
|       |              |    ACK and data sequence   |               |
|       |              |          mapping)          |               |
|  0x3  |   ADD_ADDR   |         Add Address        | Section 3.4.1 |
|  0x4  |  REMOVE_ADDR |       Remove Address       | Section 3.4.2 |
|  0x5  |    MP_PRIO   |   Change Subflow Priority  | Section 3.3.8 |
|  0x6  |    MP_FAIL   |          Fallback          |  Section 3.6  |
|  0x7  | MP_FASTCLOSE |         Fast Close         |  Section 3.5  |
+-------+--------------+----------------------------+---------------+
			Table 2: MPTCP Option Subtypes

今のところ、8つのサブタイプが定義されています。

MP_CAPABLE

1本目のTCPの経路を確立する際に送受信されるSYN、SYN+ACK、ACKにはMP_CAPABLEオプションが付きます。

フォーマット

MP_CAPABLEのフォーマットは以下の通りです。

                     1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+---------------+---------------+-------+-------+---------------+
|     Kind      |    Length     |Subtype|Version|A|B|C|D|E|F|G|H|
+---------------+---------------+-------+-------+---------------+
|                   Option Sender's Key (64 bits)               |
|                                                               |
|                                                               |
+---------------------------------------------------------------+
|                  Option Receiver's Key (64 bits)              |
|                     (if option Length == 20)                  |
|                                                               |
+---------------------------------------------------------------+
        Figure 4: Multipath Capable (MP_CAPABLE) Option

SYN+MP_CAPABLEパケット

16:02:40.938112 IP (tos 0x0, ttl 64, id 23372, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 72)
    192.168.101.2.51080 > 192.168.109.2.5001: Flags [S], cksum 0x5390 (incorrect -> 0xbf55), seq 801567604, win 29200, options [mss 1460,sackOK,TS val 1091640 ecr 0,nop,wscale 7,mptcp capable csum {0x2bbab124627e8eb8}], length 0
0x0000:  0004 0001 0006 a036 9fa1 459f 0000 0800
0x0010:  4500 0048 5b4c 4000 4006 8c0e c0a8 6502
0x0020:  c0a8 6d02 c788 1389 2fc6 f374 0000 0000
0x0030:  d002 7210 5390 0000 0204 05b4 0402 080a
0x0040:  0010 a838 0000 0000 0103 0307 1e0c 0081
0x0050:  2bba b124 627e 8eb8

TCPヘッダのデータオフセットが0xdなので、オプション領域を含むTCPヘッダの長さは、52バイトです。
最後の12バイトがMP_CAPABLEの領域です。
0x1eがMPTCPオプション、0x0cが長さで12バイト、Subtypeが0、Versionが0、AフラグとHフラグがセットされています。Aフラグでチェックサムが必要、HフラグでHMAC-SHA1を使うことが示されています。
残る8バイト(“2bba b124 627e 8eb8”)が送信者の鍵です。

SYN+ACK+MP_CAPABLEパケット

16:02:40.957722 IP (tos 0x0, ttl 62, id 0, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 72)
    192.168.109.2.5001 > 192.168.101.2.51080: Flags [S.], cksum 0xfb5d (correct), seq 1342636158, ack 801567605, win 28560, options [mss 1460,sackOK,TS val 1094284 ecr 1091640,nop,wscale 7,mptcp capable csum {0xfea9ec93d4d9d142}], length 0
        0x0000:  0000 0001 0006 a036 9fa1 4733 0000 0800
        0x0010:  4500 0048 0000 4000 3e06 e95a c0a8 6d02
        0x0020:  c0a8 6502 1389 c788 5007 007e 2fc6 f375
        0x0030:  d012 6f90 fb5d 0000 0204 05b4 0402 080a
        0x0040:  0010 b28c 0010 a838 0103 0307 1e0c 0081
        0x0050:  fea9 ec93 d4d9 d142

これもTCPヘッダのデータオフセットが0xdなので、オプション領域を含むTCPヘッダの長さは、52バイトです。
最後の12バイトがMP_CAPABLEの領域です。
先程と同様、AフラグとHフラグが設定され、最後の8バイト(“fea9 ec93 d4d9 d142”)が送信者の鍵です。

ACK+MP_CAPABLEパケット

16:02:40.957855 IP (tos 0x0, ttl 64, id 23373, offset 0, flags [DF], proto TCP (6), length 80)
    192.168.101.2.51080 > 192.168.109.2.5001: Flags [.], cksum 0x5398 (incorrect -> 0xffc8), seq 1, ack 1, win 229, options [nop,nop,TS val 1091645 ecr 1094284,mptcp capable csum {0x2bbab124627e8eb8,0xfea9ec93d4d9d142},mptcp dss ack 3821824259], length 0
        0x0000:  0004 0001 0006 a036 9fa1 459f 0000 0800
        0x0010:  4500 0050 5b4d 4000 4006 8c05 c0a8 6502
        0x0020:  c0a8 6d02 c788 1389 2fc6 f375 5007 007f
        0x0030:  f010 00e5 5398 0000 0101 080a 0010 a83d
        0x0040:  0010 b28c 1e14 0081 2bba b124 627e 8eb8
        0x0050:  fea9 ec93 d4d9 d142 1e08 2001 e3cc 6903

TCPヘッダのデータオフセットが0xfなので、オプション領域を含むTCPヘッダの長さは、最大の60バイトです。
最後の28バイト目からの20バイトがMP_CAPABLEの領域です。
送信者と受信者の鍵がそれぞれ入っています。

ここまでのパケットのやり取りで、MPTCPで使用される1本目のTCPのコネクションが確立されます。MPTCPがTCPのオプション領域を最大限に利用していることが見て取れます。

以後、他に使用可能なIPアドレス/インタフェースがある場合、ADD_ADDRオプションやMP_JOINオプションによって2本目以降のTCPのコネクションが確立されますが、それらの内容については、次回見比べてみようと思います。

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