【实验】关于 L2TPv3 L2VPN MTU 的实验

关于 MTU 和 IP MTU 的作用范围,如下图所示:

|  FCS  |  Data  |  TCP  |  IP  |  Label  |  Eth  |
        |     MTU (default 1500 byte)     |
        |         IP MTU        |

(注:上面的图是拿字符画的,手机上一自动换行就乱了,如果出现了变形,请在电脑上观看,下同)

如上图所示,当数据包中没有 MPLS 标签时,IP MTU = MTU。详情请看:《【实验】关于MPLS MTU的实验》。

实验环境:

操作系统:Windows 10(1607,14393.351,当时最新测试版),模拟器:GNS3 IOU for Windows 1.5.2(当时最新正式版)
注:当然,只要有思科模拟器都可以做这个实验

【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验
【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验

实验需求:

本实验借用了《【实验】IP L2VPN下,Point-to-Point的L2TPv3实验》的实验拓扑和配置来完成。强烈建议您先看看这篇文章,尤其文章结尾的数据包包头分析部分。

本文还有一篇姊妹篇:《【实验】关于MPLS L2VPN MTU的实验》,您可以先看看这篇文章,再来看本篇文章。

实验步骤:

1、先配置 IP 地址和 IGP(OSPF 234):

IOU2:

conf t
int l 0
ip add 2.2.2.2 255.255.255.255

int e 0/2
ip add 23.1.1.2 255.255.255.0
no sh

router ospf 234
router-id 2.2.2.2

int r e 0/2 , l 0
ip os 234 a 0

IOU3:

conf t
int l 0
ip add 3.3.3.3 255.255.255.255

int e 0/2
ip add 23.1.1.3 255.255.255.0
no sh

int e 0/3
ip add 34.1.1.3 255.255.255.0
no sh

router ospf 234
router-id 3.3.3.3

int r e 0/2-3 , l 0
ip os 234 a 0

IOU4:

conf t
int l 0
ip add 4.4.4.4 255.255.255.255

int e 0/3
ip add 34.1.1.4 255.255.255.0
no sh

router ospf 234
router-id 4.4.4.4

int r e 0/3 , l 0
ip os 234 a 0

IOU1:

conf t
int s 2/0
ip add 10.1.1.1 255.255.255.0
no sh

IOU7:

conf t
int s 2/0
ip add 10.1.1.7 255.255.255.0
no sh

IOU5:

conf t
int s 2/1
encapsulation ppp
ip add 100.1.1.5 255.255.255.0
no sh

IOU6:

conf t
int e 0/1
ip add 100.1.1.6 255.255.255.0
no sh

IOU8:

conf t
int e 1/0
no sh
int e 1/0.8
en do 8
ip add 200.1.1.8 255.255.255.0

IOU9:

conf t
int e 1/0
no sh
int e 1/0.9
en do 9
ip add 200.1.1.9 255.255.255.0

2、配置 IOU1 和 IOU7 上的 IP / L2TPv3:

IOU2:

pseudowire-class T17
encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0

int s 2/0
xconnect 4.4.4.4 17 pw-class T17
no sh

IOU4:

pseudowire-class T17
encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0

int s 2/0
xconnect 2.2.2.2 17 pw-class T17
no sh

3、配置 IOU5 和 IOU6 上的 IP / L2TPv3:

IOU2:

pseudowire-class T56
encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0
interworking ip

int e 0/1
xconnect 4.4.4.4 56 pw-class T56
no sh

IOU4:

pseudowire-class T56

encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0
interworking ip

int s 2/1
encapsulation ppp
xconnect 2.2.2.2 56 pw-class T56
no sh

4、配置 IOU8 和 IOU9 上的 IP / L2TPv3:

IOU2:

pseudowire-class T89
encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0
interworking ethernet

int e 1/0
no sh
int e 1/0.8
en do 8
xconnect 4.4.4.4 89 pw-class T89

IOU4:

pseudowire-class T89
encapsulation l2tpv3
ip local interface l 0
interworking ethernet

int e 1/0
no sh
int e 1/0.9
en do 9
xconnect 2.2.2.2 89 pw-class T89

实验现象:

1、关于 IOU1 和 IOU7 之间的 L2TPv3 L2VPN 的 MTU(HDLC <······> HDLC)

【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验
【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验

我们先测试 IOU1 和 IOU7 之间的连通性:

IOU1#p 10.1.1.7
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 18/19/20 ms

看过《【实验】关于MPLS L2VPN MTU的实验》的朋友们都知道:在那个实验中,因为 MPLS L2VPN 下服务提供商上的设备(也就是IOU2/3/4)是不会对伪线上的数据包进行分片的,再加上 MPLS 标签和伪线控制字段都占用了一定的字节,所以如果我们在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 size 1500 是不通的。

那在 L2TPv3 L2VPN 中,是否会出现像 MPLS L2VPN 上一样的情况呢?

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1500        
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 36/37/38 ms

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 37/38/41 ms

如上图所示, ping 包的 IP MTU 设置成 1500 字节,无论允不允许分片,都通了!

如果我们将 ping 包的 IP MTU 设置成 1501 字节或者更大呢?

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1501
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 37/38/40 ms

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1600
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 36/38/40 ms

没有问题!

那如果设置了不允许分片呢?

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1501 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1600 df-bit
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

设置了不允许分片,IP MTU 再大于 1500 字节,就 ping 不通了。

综上所述,L2TPv3 L2VPN 下的数据包的通信现象,跟正常的 IP 环境是一模一样的:

  • IP MTU <= 1500 字节的数据包都可以正常转发出去;
  • IP MTU > 1500 字节的数据包做了分片以后还是可以正常转发出去;
  • 如果IP MTU > 1500 字节,又不允许分片,那么数据包就会丢包。

在数据包的 IP MTU > 1500 字节的情况下,MPLS L2VPN 和 L2TPv3 L2VPN 的比较:

  • 在 MPLS L2VPN 下,伪线里的数据包在服务提供商上的设备(也就是IOU2/3/4)之间进行转发时,转发主要依靠的是 MPLS 标签,而 MPLS 标签自身是不带分片功能的,所以索性就不对伪线中的数据包进行分片了。
  • 但是 L2TPv3 L2VPN 不同。在 L2TPv3 L2VPN 下,伪线里的数据包在服务提供商上的设备(也就是IOU2/3/4)之间进行转发时,转发主要依靠的是 IP 三层头部(而不是 MPLS 标签),所以分片其实是可以正常进行的。

那数据包具体是如何在服务提供商的设备(也就是IOU2/3/4)上做分片的?

答:如果在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit,那么 IOU1 会在数据包的 IP 三层头部中打上 df-bit(即不允许分片),如下图所示:

| FCS | ICMP | IP(带有 df-bit) | Cisco HDLC |
      |   这一段等于 1500 byte   |

通过《【实验】IP L2VPN下,Point-to-Point的L2TPv3实验》我们可以知道,在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 时,在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP | Cisco HDLC | L2TPv3 | IP | Ethernet |

如果我们暂不考虑分片的情况,那么在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit,然后在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP(带有 df-bit) | Cisco HDLC | L2TPv3 | IP | Ethernet |
      | 如果这一段等于 1500 byte  |
      |    那么这一段等于 1500 + 4 + 4 + 20 = 1528 byte     |

因为多加了一个 4 字节的 Cisco HDLC 数据帧、一个 4 字节的 L2TPv3 报头和一个 20 字节的 IP 三层头部,所以数据包的 MTU 明显大于 1500 字节了。那么在 IOU2 和 IOU3 之间的链路上,其实该数据包是要做分片的。而这个分片信息会记录在最外层的 IP 三层头部中(如下图所示):

| FCS | ICMP | IP(带有 df-bit) | Cisco HDLC | L2TPv3 | IP(做分片) | Ethernet |
      |             分片后,这一段将小于或等于 1500 byte              |

如上图所示,虽然最内层的 IP 三层头部上打上了不允许分片的标记,但是最外层的 IP 三层头部没说不允许分片呀,所以在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit 时,分片最终是在最外层的 IP 三层头部上做的。

其他相关文章:

为了验证上面的描述,我们现在抓个包看一下。

我们现在在 IOU1 上 ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit,然后在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,看数据包是什么样子的:

IOU1#ping 10.1.1.7 size 1500 df-bit
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 10.1.1.7, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 36/36/37 ms

抓包如下图所示,最内层的 IP 三层头部是打了不允许分片的标记的:

最内层的 IP 三层头部是打了不允许分片的标记的
最内层的 IP 三层头部是打了不允许分片的标记的

再如下图所示,最外层的 IP 三层头部上带有了分片的信息:

最外层的 IP 三层头部上带有了分片的信息
最外层的 IP 三层头部上带有了分片的信息

如上图所示,该数据包分片成了两个数据包。图示中展示的其实是分片的第二个数据包(分片的第二个数据包总共 1510 字节,分片的 payload 部分占其中的 1476 字节),而分片的第一个数据包还在该数据包的上面(分片的第一个数据包总共 66 字节,分片的 payload 部分占其中的 32 字节)

也正是因为上图展示的数据包是分片的第二个数据包,同时也是分片的最后一个数据包,所以该数据包的 More Fragments 标识位标记为 0(More Fragments 标识位标记为 0 表示该数据包是该分片的最后一个数据包了)。

所以,虽然最内层的 IP 三层头部上打上了不允许分片的标记,但是最外层的 IP 三层头部没说不允许分片,分片最终是在最外层的 IP 三层头部上做的。

2、关于 IOU5 和 IOU6 之间的 L2TPv3 L2VPN 的 MTU(PPP <······> Ethernet)

【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验
【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验

我们先测试 IOU5 和 IOU6 之间的连通性:

IOU6#p 100.1.1.5
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
.!!!!
Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 10/10/10 ms

通了!

再来看看将 ping 包的 IP MTU 分别设置为 1500 字节、1501 字节和 1600 字节,看通不通:

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1500
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 19/19/20 ms

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1501   
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 19/19/21 ms

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1600
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 18/19/20 ms

都通了!

如果再设置不允许分片,看通不通:

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1500 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 19/19/19 ms

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1501 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

IOU6#ping 100.1.1.5 size 1600 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 100.1.1.5, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

设置了不允许分片后,IP MTU = 1500 字节还是通的,IP MTU > 1500 字节就不通了,跟 IOU1 和 IOU7 一样。

通过《【实验】IP L2VPN下,Point-to-Point的L2TPv3实验》我们可以知道,在 IOU6 上 ping 100.1.1.5 时,在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP | L2TPv3 | IP | Ethernet |

如果我们暂不考虑分片的情况,那么在 IOU6 上 ping 100.1.1.5 size 1500 df-bit,然后在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP | L2TPv3 | IP | Ethernet |
      | 1500 byte |
      | 那么这一段等于 1524 byte |

因为多加了一个 4 字节的 L2TPv3 报头和一个 20 字节的 IP 三层头部,所以数据包的 MTU 明显总共是 1524 字节了,所以显然是要做分片的。

分片自然也是在最外层的 IP 三层头部上做,这里不再赘述。

3、关于 IOU8 和 IOU9 之间的 L2TPv3 L2VPN 的 MTU(802.1Q <······> 802.1Q)

【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验
【实验】L2TPv3 L2VPN 下,Point-to-Point 的实验

我们先测试 IOU8 和 IOU9 之间的连通性:

IOU8#p 200.1.1.9
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
.!!!!
Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 1/1/2 ms

通了!

再来看看将 ping 包的 IP MTU 分别设置为 1500 字节、1501 字节和 1600 字节,看通不通:

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1500
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/1/2 ms

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1501
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/1/2 ms

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1600
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/1/2 ms

都通了!

如果再设置不允许分片,看通不通:

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1500 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1500-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 19/19/19 ms

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1501 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1501-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

IOU8#ping 200.1.1.9 size 1600 df-bit 
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 1600-byte ICMP Echos to 200.1.1.9, timeout is 2 seconds:
Packet sent with the DF bit set
.....
Success rate is 0 percent (0/5)

设置了不允许分片后,IP MTU = 1500 字节还是通的,IP MTU > 1500 字节就不通了,跟 IOU1 和 IOU7 一样。

通过《【实验】IP L2VPN下,Point-to-Point的L2TPv3实验》我们可以知道,在 IOU8 上 ping 200.1.1.9 时,在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP | Ethernet | L2TPv3 | IP | Ethernet |

如果我们暂不考虑分片的情况,那么在 IOU8 上 ping 200.1.1.9 size 1500 df-bit,然后在 IOU3 的 e 0/2 口抓包,数据包的报文结构是如下这个样子的:

| FCS | ICMP | IP | Ethernet | L2TPv3 | IP | Ethernet |
      | 1500 byte |
      |       那么这一段等于 1538 byte      |

因为多加了一个 14 字节的 Ethernet 二层头部、一个 4 字节的 L2TPv3 报头和一个 20 字节的 IP 三层头部,所以数据包的 MTU 明显总共是 1538 字节了,所以显然是要做分片的。

分片自然也是在最外层的 IP 三层头部上做,这里不再赘述。

 

本文完。如有疑问,欢迎在下方留言;如本文有什么错误,欢迎在下方留言指正,谢谢。

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