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 e 0/2 router ospf 234 int r e 0/2 , l 0 |
IOU3：
conf t int e 0/2 int e 0/3 router ospf 234 int r e 0/2-3 , l 0 |
| IOU4：
conf t int e 0/3 router ospf 234 int r e 0/3 , l 0 |
|
| IOU1:
conf t |
IOU7:
conf t |
| IOU5:
conf t |
IOU6:
conf t |
| IOU8:
conf t |
IOU9:
conf t |
2、配置 IOU1 和 IOU7 上的 IP / L2TPv3：
| IOU2：
pseudowire-class T17 int s 2/0 |
IOU4：
pseudowire-class T17 int s 2/0 |
3、配置 IOU5 和 IOU6 上的 IP / L2TPv3：
| IOU2：
pseudowire-class T56 int e 0/1 |
IOU4：
pseudowire-class T56 encapsulation l2tpv3 int s 2/1 |
4、配置 IOU8 和 IOU9 上的 IP / L2TPv3：
| IOU2：
pseudowire-class T89 int e 1/0 |
IOU4：
pseudowire-class T89 int e 1/0 |
实验现象：
1、关于 IOU1 和 IOU7 之间的 L2TPv3 L2VPN 的 MTU（HDLC <······> HDLC）：
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：
- 为什么 HDLC 帧格式不是 8 个字节而是 4 个字节？这个问题在这篇文章中已经做了详细的解释：《【实验】关于MPLS L2VPN MTU的实验》。
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：
再如下图所示，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）：
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）：
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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