Может быть ONU как-им то образом различает что трафик ip-ip и не справляется с ним, даже если он в режиме pass-through?
Да, скорее всего, причина в этом: почти все бюджетные скоростные маршрутизаторы не могут маршрутизировать трафик на процессоре в полную скорость, перекладывая эту задачу на специализированную аппаратную подсистему после начальной обработки соединения. Аппаратные подсистемы, как правило, ускоряют только TCP и UDP.
IPIP — протокол уровня L3, он не использует TCP или UDP, поэтому не ускоряется аппаратно.
Попробуйте GRE-туннель, быть может, он будет ускоряться аппаратно из-за его применения в PPTP, есть шанс, что чип его поддерживает.
Либо же сделайте туннель поверх UDP. В Linux можно обернуть IPIP или GRE в UDP с помощью fou и gue.