IP protocol был разработан для самых различных типов подключений, и хотя максимальная длина для IP datagram составляет 64K, большинство подключений (transmission links) используют меньший максимальный размер для IP-пакета или MTU.
MTU, Maximum Transmission Unit - максимальный размер блока в байтах, который может быть передан на канальном уровне сетевой модели OSI.

Значение MTU зависит от типа подключения. Дизайн IP сетей допускает возможность фрагментирования IP пакетов в том случае когда MTU меньше размера пакета, - в этом случае принимающая станция вновь собирает искомый пакет из фрагментов.

На рисунке отображен заголовок IP пакета и то, как он инкапсулируется в датаграмму второго уровня.
Здесь важно отметить, что в поле FLAGS включает в себя три бита, один из которых "don't fragment" (DF) bit, который определяет разрешено данный пакет фрагментировать или нет.

Вопросы с IP фрагментированием

Хотя фрагментация пакета выполняется достаточно быстро, обратная сборка исходного пакета требует значительных ресурсов: затрат памяти, вопросы быстродействия.
В случае потери одного из фрагментов вся датаграмма должна быть передана заново.
Фрагметы очень тяжело обрабатывать на брендмауэрах (с 4-го по 7 уровень), при неправильной последовательности они будут забракованы.

TCP MSS и избегание дефрагментации

TCP Maximum Segment Size (MSS) - определяет максимальный размер датаграммы TCP/IP, которую будет принимать данный хост.
Датаграмма TCP/IP может быть фрагментирована на уровне IP.
Значение MSS отсылается внутри TCP header только в сегментах TCP SYN. Каждая сторона TCP соединения объявляет другой стороне свое значение MSS.
Вопреки распространенному мнению, значение MSS не согласовывается между хостами, - у каждого хоста они могут оставаться разными, только отсылающий хост отдает сегменты размером не больше, чем требует принимающий хост.

Таким образом TCP MSS позволяет избежать фрагментации на уровне двух участников сессии TCP. Но TCP MSS не может обработать тот случай, когда по пути между хостами есть меньший MTU.

PMTUD

PMTUD (Path Maximum Transmission Unit Discovery) - был разработан для избегания фрагментации по пути между хостами. PMTUD используется для автоматического определения минимального MTU вдоль пути пакета между хостами.

PMTUD поддерживается только TCP, UDP и другие протоколы не поддерживают PMTUD.

Хост отсылает нефрагментированный пакет с установленным DF bit. Если маршрутизатор пытается отдать пакет на link, с меньшей MTU чем этот пакет, маршрутизатор дропнет этот пакет и возвратит сообщение ICMP "Destination Unreachable", с кодом "fragmentation needed and DF set" (type 3, code 4). Когда Хост-источник получает эту информацию, он понижает MSS и затем пересылает TCP сегмент заново.

Наиболее часто встречающаяся проблема с PMTUD - это среда в которой не пропускается сообщения ICMP

Где актуально использование PMTUD

Как уже было сказано, PMTUD нужен в случаях, когда по пути от хоста А к хосту Б встречаются линки с меньшими значениями MTU.
Наиболее общие примеры:
- PPPoE (часто используемый вместе с ADSL) использует 8 bytes для своего заголовка. Это уменьшает эффективное значение MTU для Ethernet до 1492 (1500 - 8).
- Туннельный протоколы GRE, IPsec, and L2TP также используют пространство для своих заголовков, что также уменьшает эффективное MTU на исходящем интерфейсе.

Вообще Path MTU Discovery (RFC 1191) осуществляется всеми клиентами включая Windows 2000/2003/XP/7/8.
Для нормальной работы PMTUD необходимо, чтобы пропускался протокол ICMP, в частности должны пропускаться сообщения ICMP "unreachable" и "time-exceeded".

Для проверки можно использовать утилиту mturoute.exe. Утилита отрабатывает аналогично PMTUD и возвращает значение MTU, которое необходимо использовать на данном хосте.

Текущее значение MTU можно увидеть через команды:
Windows 7, Windows Vista: netsh interface ipv4 show subinterfaces
Windows XP: netsh interface ip show interface

Значения MTU для локальной машины можно поменять и вручную (хотя и не рекомендуется)
Adjusting IP MTU, TCP MSS, and PMTUD on Windows and Sun Systems
Также можно использовать утилиту Set MTU, поставляемой с Cisco Systems VPN Client.

Что такое туннель

Туннель - это логический интерфейс на маршрутизаторе, который обеспечивает инкапсуляцию полезных пакетов внутрь транспортного протокола.

Туннель состоит из основных компонентов:
- Passenger protocol
- Carrier protocol. Протокол, осуществляющий инкапсуляцию:
GRE
IP in IP tunnels
- Transport protocol. Протокол отвечающий за маршрутизацию encapsulated protocol. В нашем случае это IP.

На приведенном рисунке IP у нас выступает как transport protocol и как passenger protocol.

Инкапсуляция трафика дает следующие преимущества:

• Endpoints могут использовать private addresses
• Позволяет строить VPN поверх WAN сетей
• Возможность использования шифрова