MACsec は、IEEE 802.1AE 規格ベースのレイヤ 2 ホップバイホップ暗号化であり、これにより、メディア アクセス非依存プロトコルに対してデータの機密性と完全性を確保できます。

MACsec は、暗号化キーにアウトオブバンド方式を使用して、有線ネットワーク上で MAC レイヤの暗号化を提供します。MACsec Key Agreement（MKA）プロトコルでは、必要なセッション キーを提供し、必要な暗号化キーを管理します。 ホスト側のリンク（ネットワーク アクセス デバイスと、PC や IP フォンなどのエンドポイント デバイス間のリンク）だけが MACsec を使用して保護できます。

MACsec Key Agreement（MKA）による 802.1AE 暗号化は、ルータまたはスイッチとホスト デバイス間の暗号化用に、ダウンリンク ポートでサポートされます。

MACsec は、イーサネット パケットの送信元および宛先 MAC アドレスを除くすべてのデータを暗号化します。

WAN またはメトロ イーサネット上に MACsec サービスを提供するために、サービス プロバイダーは、Ethernet over Multiprotocol Label Switching（EoMPLS）および L2TPv3 などのさまざまなトランスポート レイヤ プロトコルを使用して、E-Line や E-LAN などのレイヤ 2 透過サービスを提供しています。

EAP-over-LAN（EAPOL）プロトコル データ ユニット（PDU）のパケット本体は、MACsec Key Agreement PDU（MKPDU）と呼ばれます。3 ハートビート（1 ハートビートは 2 秒）後に MKPDU が受信されない場合、ライブ ピアのリストからピアが削除されます。たとえば、クライアントが切断さると、最後の MKPDU が クライアントにより受信されてから 3 ハートビートが経過するまで、スイッチ上の参加者は MKA を操作し続けます。

MKA 機能のサポートにより、暗号化されていない VLAN タグ（802.1Q タグ）などのトンネリング情報を提供します。そのため、サービス プロバイダーは、複数のポイントツーポイント サービスやマルチポイント サービスが単一の物理インターフェイス上で共存でき、表示されるようになった VLAN ID に基づいて差別化できるように、サービス多重化を提供できます。

サービス多重化の他に、暗号化されていない VLAN タグもサービス プロバイダーが 802.1Q タグの一部として表示されている 802.1P（CoS）に基づいて SP ネットワーク全体にわたり Quality of Service（QoS）を提供できるようにします。

• ポイントツーポイント（P2P）導入モデルのサポート。

• ポイントツーマルチポイント（P2MP）導入モデルのサポート。

• 同一の物理インターフェイス上の複数の P2P および P2MP 導入のサポート。

• 128 ビットおよび 256 ビット Advanced Encryption Standard のサポート：データ パケットの Galois Counter Mode（AES-GCM）暗号化。

• 128 ビットおよび 256 ビット Advanced Encryption Standard のサポート：制御パケットの暗号ベースのメッセージ認証コード（AEC-CMAC）暗号化。

• キャリア イーサネット サービス多重化を有効にするための、clear オプションでの VLAN タグのサポート。

• MACsec サブインターフェイスと非 MACsec サブインターフェイスの共存のサポート。

• 設定可能な Extensible Authentication Protocol over LAN 宛先アドレスのサポート。

• EAPoL イーサネット タイプを変更する設定可能オプションのサポート。

• サービス プロバイダ ネットワークでのパケット再順序付けに対応するための、設定可能なリプレイ保護ウィンドウ サイズのサポート。

• MACsec ステートレス スイッチオーバーのサポート。デュアル RP セットアップでのルート プロセッサ（RP）スイッチオーバーの実行時に、既存の MACsec セッションが切断され、セッションが自動的に再ネゴシエート/再初期化されます（ステートレス スイッチオーバー）。このプロセス中に、数秒間のトラフィック ドロップが複数回発生することがあります。MACsec ステートレス スイッチオーバーは、Cisco IOS XE Everest 16.6 リリース以降でサポートされています。

• MACsec を有効にする前に、基本的なレイヤ 2 イーサネット接続が確立され、検証されていることを確認します。カスタマー エッジ デバイス間の基本的な ping が機能している必要があります。

• WAN MACsec を初めて設定する場合は、MACsec を有効にした後にセッションの確立に失敗した場合にロック アウトされないように、リモート サイトへのアウトオブバンド接続が確立されていることを確認します。

• MACsec を初めて確立するときには access-control should-secure コマンドを設定し、その後、移行で必要になる場合以外は、セッションの確立が成功した後にこのコマンドをデフォルトの access-control must-secure に変更することを推奨します。

• インターフェイス MTU を設定し、これを MACsec オーバーヘッドに合わせて調整することを推奨します（例：32 バイト）。MACsec の暗号化と復号化は物理レベルで行われ、MTU のサイズは送信元または宛先のルータには影響しませんが、中間サービス プロバイダ ルータに影響を与える可能性があります。インターフェイスで MTU 値を設定すると、MACsec オーバーヘッドを含む MTU ネゴシエーションが可能になります。

WAN ルータでは MKA ポリシーは継承され、デフォルト値も含まれます。新しいセッションが開始されると、次のルールが適用されます。

• MKA ポリシーがサブインターフェイスに設定されている場合、このポリシーは MKA セッションが開始されると適用されます。

• MKA ポリシーがサブインターフェイスに設定されていない場合、物理インターフェイスに設定されているポリシーがセッションの開始時に適用されます。

• MKA ポリシーがサブインターフェイスまたは物理インターフェイスに設定されていない場合、デフォルトのポリシーがセッションの開始時に適用されます。

MACsec キー チェーンには、キー ID とオプションのライフタイムが設定された複数の事前共有キー（PSK）を含めることができます。キーのライフタイムには、キーが期限切れになる時刻が指定されます。ライフタイム設定が存在しない場合は、無期限のデフォルト ライフタイムが使用されます。ライフタイムが設定されている場合、ライフタイムの期限が切れた後に、MKA はキー チェーン内の次に設定された事前共有キーにロールオーバーします。キーのタイム ゾーンは、ローカルまたは UTC を指定できます。デフォルトのタイム ゾーンは UTC です。

MACsec キー チェーンを設定するには、key chain name macsec を使用します。

キー チェーン内に 2 番目のキーを設定し、最初のキーのライフタイムを設定することで、同じキーチェーン内の次のキーにロールオーバーできます。最初のキーのライフタイムが期限切れになると、リスト内の次のキーに自動的にロールオーバーします。同一のキーがリンクの両側で同時に設定されている場合、キーのロール オーバーはヒットレスになります。つまり、キーはトラフィックを中断せずにロールオーバーされます。

（注）	キーのライフタイムは、ヒットレス キー ロールオーバーを実現するためにオーバーラップする必要があります。

MKA 制御プロトコル パケット暗号化の暗号化アルゴリズムの選択は次のように行われます。

• MKA 制御プロトコル パケットを暗号化するための暗号化アルゴリズムは、キーチェーンの一部として設定されます。1 つのキー チェーンに設定できる暗号化アルゴリズムは 1 つだけです。

• キー サーバは、使用されるキー チェーン内に設定された MKA 暗号化アルゴリズムを使用します。

• すべての非キー サーバは、キー サーバと同じ暗号化アルゴリズムを使用する必要があります。

MKA 暗号化アルゴリズムが設定されていない場合、デフォルトの暗号化アルゴリズムである AES-CMAC-128（128 ビット Advanced Encryption Standard を使用した暗号ベースのメッセージ認証コード）が使用されます。

データ パケットの暗号化アルゴリズム：

mka policy p1
macsec-cipher-suite [gcm-aes-128 | gcm-aes-256

MKA 制御パケットの暗号化アルゴリズム：

key chain <name> macsec
key 01
key-string <Hex string>
cryptographic-algorithm [aes-256-cmac  | aes-128-cmac]

非キー サーバでリストにキー サーバと同じ暗号スイートが設定されているか、デフォルト設定になっている場合、暗号スイートのロールオーバーをシームレスにするために、キー サーバ内のデータ パケット暗号スイートを変更することが推奨されます。

MACsec がインターフェイスで有効になっている場合、デフォルトでインターフェイス トラフィック全体がセキュリティ保護されます。MACsec は、暗号化されていないパケットを同じ物理インターフェイスから送受信することを許可しません。ただし、限定されたサブインターフェイスで MACsec を有効にするために、暗号化されていないパケットを同じ物理インターフェイスから送受信できるようにする追加のシスコ独自の拡張機能が実装されています。

暗号化されていないパケットの動作を制御するには、macsec access-control {must-secure | should-secure } コマンドを使用します。

• キーワード should-secure は、物理インターフェイスまたはサブインターフェイスからの暗号化されていないパケットの送受信を許可します。

• キーワード must-secure は、物理インターフェイスまたはサブインターフェイスからの暗号化されていないパケットの送受信を許可しません。このようなパケットは、MKA 制御プロトコル パケットを除きすべてドロップされます。

• 限定されたサブインターフェイスでのみ MACsec が有効になっている場合は、対応するインターフェイスで should-secure キーワード オプションを設定します。

サブインターフェイスでの MACsec のデフォルト設定は、macsec access-control must-secure です。このオプションは、macsec コマンドがインターフェイスで設定されている場合、デフォルトで有効になっています。

（注）	macsec access-control should-secure コマンドはインターフェイス レベルでのみ設定でき、サブインターフェイス レベルでは設定できません。このコマンドを設定すると、セキュリティ保護された MACsec セッションで暗号化されていないトラフィックが許可されます。

（注）	非 MACsec サブインターフェイスの場合は、トラフィックが通過できるように should-secure オプションを設定する必要があります。

MACsec セキュア セッションを確立する前に、MKA（MACsec Key Agreement）が制御プロトコルとして使用されます。MKA は、暗号化に使用する暗号スイートを選択し、必要なキーとパラメータをピア間で交換します。

MKA は、MKA メッセージを送信するためのトランスポート プロトコルとして Authentication Protocol over LAN（EAPoL）を使用します。デフォルトでは、EAPoL は宛先マルチキャスト MAC アドレスとして 01:80: c2:00:00:03 を使用して、複数の宛先へパケットをマルチキャストします。EAPoL は標準ベースのプロトコルであり、IEEE 802.1 x などの他の認証メカニズムでも同じプロトコルが使用されます。サービス プロバイダ クラウド内のデバイスは、（宛先マルチキャスト MAC アドレスに基づいて）このパケットを消費し、EAPoL パケットの処理を試み、最終的にはパケットをドロップします。これにより、MKA セッションが失敗します。

インターフェイス上でサービス プロバイダに送信される EAPoL パケットの宛先 MAC アドレスを変更するには、eapol destination-address コマンドを使用します。これにより、サービス プロバイダは、パケットを消費せずに、他のデータ パケットと同様にトンネリングできます。

（注）	EAPoL 宛先アドレスは、物理レベルまたはサブインターフェイスレベルで、独立して設定できます。物理インターフェイスで設定する場合、設定はサブインターフェイスによって自動的に継承されます。サブインターフェイスでの明示的な設定は、そのサブインターフェイスで継承された値またはポリシーよりも優先されます。

リプレイ保護は、リプレイ攻撃に対抗するために MACsec により提供される機能です。暗号化された各パケットには一意のシーケンス番号が割り当てられ、シーケンスはリモートエンドで確認されます。メトロ イーサネット サービス プロバイダ ネットワークを介して送信されるフレームは、順序が変更されることが多くあります。これは、ネットワーク内で使用されている優先順位付けとロードバランシング のメカニズムによるものです。

フレームの順序が変更されるプロバイダ ネットワーク上で MACsec の使用をサポートするには、リプレイ ウィンドウが必要です。ウィンドウ内のフレームは順不同で受信できますが、リプレイ保護されません。デフォルトのウィンドウ サイズは 64 に設定されています。リプレイ ウィンドウ サイズを変更するには、macsec replay-protection window-size コマンドを使用します。ウィンドウ サイズの範囲は 0 ～ 4294967295 です。

リプレイ保護ウィンドウは、ゼロに設定することで、厳格な受信順序とリプレイ保護を強制できます。

（注）	リプレイ保護ウィンドウは、物理インターフェイスまたはサブインターフェイスで独立して設定できます。物理インターフェイスで設定する場合、設定はサブインターフェイスによって自動的に継承されます。サブインターフェイスでの明示的な設定は、そのサブインターフェイスで継承された値またはポリシーよりも優先されます。

各 MACsec フレームには 32 ビット パケット番号（PN）が含まれており、特定のセキュリティ アソシエーション キー（SAK）に対して一意です。PN が枯渇すると（75% のしきい値に達した後）、SAK キーが再生成されてデータ プレーン キーが更新されます。40 Gb/s などの高容量リンクの場合は数秒以内に PN が枯渇し、コントロール プレーンに対する SAK キーの頻繁な再生成が必要になります。XPN が使用されている場合、MACsec フレームの PN は64 ビット値であるため、PN が枯渇するまで数年を要します。これにより、高速リンクで頻繁な SAK キー再生成が発生しなくなります。MKA/MACsec の XPN 機能により、大容量リンクで発生する可能性のある頻繁な SAK キー再生成が不要になります。XPN は、40 Gb/s、100 Gb/s などの高速リンクでの FIPS/CC 準拠の必須要件です。XPN では、次の 2 種類のキー再生成が可能です。

• ボリュームベースのキー再生成：頻繁な SAK キー再生成が発生しないようにするために、定義された MKA ポリシーの下で GCM-AES-XPN-128 または GCM-AES-XPN-256 暗号スイートを使用して XPN を設定できます。これらの暗号スイートを使用すると、1 つの SAK で 2³² 以上のフレームを保護できます。XPN では、64ビット値の PN がサポートされています。MACsec フレームには最下位 32ビットのみが含まれ 、最上位 32 ビットはピア自身、つまり送信側と受信側のピアの両方により維持されます。それぞれのピアの LAPN（許容される最小パケット番号）の MSB（最上位ビット）が設定され、MACsec フレームで受信した PN 値の MSB が 0 の場合、PN の最上位 32 ビットが受信側で増分されます。したがって、送信側と受信側の両方のピアが、MACsec フレーム構造を変更せずに同じ PN 値を維持します。

• 時間ベースのキー再生成：SAK キー再生成を手動で設定するために、タイマーベースのキー再生成がサポートされており、指定された間隔で SAK キー再生成を開始することができます。インターフェイスに適用される定義済み MKA ポリシーの SAK キー再生成間隔を設定するには、MKA ポリシーコンフィギュレーションモードで sak rekey interval interval コマンドを使用します。

Cisco IOS XE リリース 3.16Sでは、MACsec は Cisco 4000 シリーズ サービス統合型ルータ（ISR）上の WAN インターフェイス カード（NIM-2GE-CU-SFP および NIM-2GE-CU-SFP）に導入されています。

この WAN インターフェイス カードは、2 つの 1 ギガビット イーサネット ポートを持つ次世代 WAN インターフェイス カードです。

次世代 WAN インターフェイス カードは、次のプラットフォームでサポートされます。

• Cisco ISR 4451

• Cisco ISR4431

• Cisco ISR4351

• Cisco ISR 4331

• Cisco ISR 4321

次の表に、Cisco IOS XE 16.6 リリース以降の Cisco ASR 1000 ルータのパフォーマンス数値を示します。