はじめに

結構古いFirewall（J社）からFortiGateに更新した際に、特定の機種から特定の通信ができなかったのでハマった。原因究明のためイロイロ調べたのでメモ。どこかの誰かの助けになれば嬉しいけど、自分自身の理解も浅いためボチボチ整理していく予定。なお、まだ情報をまとめきれていないので順次アップデートしていく予定。

環境イメージ

[プロバイダのメールサーバ]---(インターネット)---(フレッツ系サービス)---[FortiGate]---[複合機]

ハマった内容

あるメーカの複合機からメールを送る機能がある。トナー切れとか、故障とか、多分そんな用途に使うらしい機能だけと、FortiGateに更新した後からそのメールの送信ができない。切り分けしたところ、いくつかの事象が分かった。

FortiGateのポリシーを複合機からはALL許可としたけどダメ。
FortiGateのポリシーからUTMを全て外したけどダメ。
複合機からPingを打つ機能があるけど、メールサーバまでPingは飛ぶ。
パソコンに複合機のIPアドレスを設定し、メールソフトで送信するとちゃんと送れる。
複合機の送信メールサーバ設定を、プロバイダのメールサーバから内部メールサーバに変更するとちゃんと送れる。

この事象から、メールサーバ側の問題では？と考えてメールサーバを運営しているプロバイダに問合せしたけど、何も設定変更していないとの回答で（当然だけど）した。このまま迷宮入りするところだったけど、環境を変えたのはFortiGateに更新しただけなので、FortiGateに原因があるのではと思い、ネットワークエンジニアに相談したところ「パケットキャプチャしたら？」とアドバイスをもらったので実施してみた。

FortiGateでパケットキャプチャする方法

GUIで取れるとのことなので、その方法で取得してみる。
https://kb.fortinet.com/kb/documentLink.do?externalID=FD45907

パケットキャプチャを解析してみた

FortiGateから複合機に対して、ICMPのタイプOx03（Destination Unreachable Message）のコードOx04（Fragmentation needed）が送られていた。その後、FortiGateからセッションを切っている様子。

さらに調べた

Path MTU Discovery と言う仕組みが関係していそうな気がしてきた。

Path MTU Discovery とは

ルータが持つ回線によっては、より小さいMTUを持つ回線を使ってパケットを転送しようとした時において、「着信パケットが大きい」かつ「DFビットが設定されている場合」、そのパケットを破棄してICMPのタイプ 0x03（Destination Unreachable Message）のコード0x04（Fragmentation needed）を送信元のホストに返すらしい。そのICMPには調整が必要となった回線のMTU値(Next-Hop MTU)が含まれていて、受け取ったホストはそのMTU値に変更して再度パケットを送るため正常に通信できる様になる。

つまり「あなたが送ったパケットサイズが大きすぎて転送出来ないよ、このMTU値(Next-Hop MTU)に変更して送ってもらえませんか？」とお願いするイメージだと思う。

ただし、Path MTU Discoveryを使わず、ルータがフラグメンテーションする場合もある。

フラグメンテーションとは

ルータがパケットを転送しようとした時に、パケットサイズが送信インタフェースのMTU値を超えた場合、そのルータがパケットを分割してMTU値以下にするという機能らしい。ただし、ルータ側でパケットを分割する処理、受け取る側でパケットを再構築する処理の負荷があるし、「フラグメント攻撃（Fragment Attack）」にも利用されるため、最近ではあまり主流では無いらしい。

MTUとMSSについて

仮説

以下いずれか、もしくは全てが成り立つと考えた。

更新前のFirewall（J社）はフラグメンテーションしていたが、FortiGateはその機能が無い、もしくはデフォルト無効。
複合機が送信するパケットがはDFビットが設定されている。
複合機が頑なにMTU値を変更しない、もしくはFortiGateからのICMPが届かない。パソコンには届いているので複合機側で破棄している。
もしかしたらPath MTU Discovery のブラックホール問題？

【図解】Path MTU DiscoveryブラックホールとPLPMTUD(RFC4821)による自動調整
https://milestone-of-se.nesuke.com/nw-basic/grasp-nw/packetization-layer-path-mtu-discovery/

仮説から取った対策

今回問題が発生しているのは複合機からのメール送信だけなので、FortiGateの対象ポリシーだけMSS値を上書き設定することにした。具体的にはWAN側インタフェースがPPPoEなのでMSS値を1414とした。値の根拠については下記を参照した。

MTU/MSSの変更方法を教えてください
https://csps.hitachi-solutions.co.jp/fortinet/faq/FG-11-0018/index.html

MTU / MSSを最適化する
https://yabe.jp/gadgets/optimizing-mtu-mss/

結果

メールが送信出来る様になったのでとりあえずはOK。
仮説の真偽については時間を作り検証してみたいと思う。