IKEv2/IPsec VPN 是什么？

有些 VPN 协议是单一发明、单一名字。IKEv2/IPsec 不一样：斜杠说明它是成对使用的两套标准，一个负责协商和认证，另一个负责加密。它内置于多个操作系统，在企业网络和手机上用得很广，也仍然出现在许多应用的协议列表里。

本文讲解两半各自负责什么、连接开始时发生了什么、为什么 IKEv2 以手机切换网络时表现稳定而闻名、它对周围网络有什么要求，以及适合谁。内容只讲协议的一般原理，不说明任何具体服务支持哪些协议。想先看整体格局，请参阅 什么是 VPN 协议。

两个名字，两项工作

理解 IKEv2/IPsec 最简单的办法，是想象建筑工地上的两个人。一个是谈判者，负责核对证件、商定方案并分发钥匙；另一个是工人，负责把材料装进上锁的箱子里搬运。谁也无法替对方干活。

IPsec：保护数据包的部分

IPsec 是在 IP 数据包层面保护流量的一组标准，架构文档是 RFC 4301。它能对数据包做两件事：认证，使篡改能被发现；加密，使内容被隐藏。实际的 VPN 使用 IPsec 中叫 ESP 的部分，它同时完成这两件事。

IPsec 有两种模式。

• 隧道模式把整个原始数据包包进一个带新外层包头的新包里。VPN 使用的就是这种模式，因为真正的目的地被藏在里面。
• 传输模式只保护数据包的内容，保留原始包头可见。它用于两台直接通信的主机之间，而不是把一切转发给网关的典型 VPN。

IPsec 本身并不知道对面是谁，也不知道该用什么密钥，需要有别的东西来安排。

IKEv2：负责建立一切的部分

互联网密钥交换第 2 版（IKEv2）在 RFC 7296 中描述，正是这个角色。它做四件事：让双方互相验证身份，约定要用的算法，生成新的密钥，并在之后更新密钥。协商的结果是称为安全关联（security association）的两份协议：一份涵盖 IKE 对话本身，一份涵盖受保护的数据流量，由 IPsec 随后使用。

第二版用更简单、更可靠的设计取代了最初的 IKE。如果你读到“IKEv1”，那是较老的一代，大多出现在老旧设备中。

按下连接后发生了什么

概括地说，启动就是一小段消息交换。细节因配置而异，大体轮廓是一样的。

1. 问候与密钥协商。 双方交换各自支持的算法，并进行密钥协商，得到旁观者算不出来的共享秘密。此后对话中的其余内容全部加密。
2. 证明身份。 各方证明自己是谁。服务器通常出示证书；客户端用证书、受保护交换中的用户名和密码，或预共享的口令来证明自己。
3. 建立受保护的通道。 身份被接受后，双方建立承载你真实流量的安全关联，并约定要使用的密钥和地址。客户端往往会得到一个在隧道内使用的内部地址。
4. 流量开始传输。 你的数据包被 ESP 包裹后发给服务器，服务器拆封并转发出去。回复以同样的方式返回。
5. 更新。 过一段时间，双方悄悄协商新的密钥，使任何一把密钥都不至于保护过多的数据。这在后台进行，不会断开连接。

整个过程通常很快，而 IKEv2 公认的优点之一，就是在中断之后能高效地重新建立。

手机为什么喜欢它：在网络之间移动

让 IKEv2 在移动设备上声名在外的，是一个叫 MOBIKE 的扩展。手机每次从家里的 Wi-Fi 换到移动数据，或在基站之间移动，地址都会变化。对很多隧道来说，这意味着连接中断、必须重建。有了 MOBIKE，客户端可以通过已有的受保护通道告诉服务器“我的地址变了”，隧道便无需完全重启就能继续工作。

一个场景

娜塔坐火车上班，戴着耳机听播客，并通过手机上的 VPN 查看消息。在车站，她离开站台的 Wi-Fi 范围，手机退回到移动数据；在车上，它不断在基站之间切换。把每次地址变化都当作新连接的协议，可能每次都会卡一下。而使用 IKEv2 和 MOBIKE 时，隧道察觉到变化，更新地址，继续运行。她可能只会感觉到短暂的停顿，而不是完整的重新连接。

这并不意味着完美。如果手机长时间完全失去信号，隧道会超时；如果新网络阻断了该协议，什么也帮不上。但这种设计努力让“切换网络”这种常见情况不那么痛苦，这就是人们谈起手机、休眠和唤醒设备时会提到它的原因。

双方如何证明身份

认证是最影响 IKEv2/IPsec 配置安全程度的部分。

方式	工作原理	强度	常见弱点
双方都用证书	各方持有受信任机构签发的证书	强，难以猜测	配置较多，证书需要续期
服务器证书加用户名和密码（EAP）	服务器用证书证明自己，用户在受保护的交换中用凭据证明自己	方便，在消费级和企业 VPN 中都很常见	强度取决于密码和所用的第二重验证
预共享密钥	双方知道同一个秘密字符串	配置简单	如果同一个秘密被许多人共享或者很短，就是最弱的选项

服务器证书之所以重要，是因为它让你的设备能确信自己连的是真正的服务器，而不是冒牌货。如果客户端被设置为跳过这项检查，网络上的人就可能冒充服务器。NIST 的 IPsec VPN 指南更详细地讨论了这些选择，如果你想看正式的观点，这是值得参考的来源。

对普通用户来说，实用的建议很简单：保持设备更新，用强而唯一的密码保护账号，避免把同一个共享秘密发给很多人的做法。

端口、NAT 与系统内置支持

IKEv2/IPsec 在网络上有自己的“足迹”，你应该了解，因为它能解释许多故障。

• UDP 500 端口承载最初的 IKE 协商。
• UDP 4500 端口用于设备位于 NAT 之后的情况，几乎所有家庭和移动连接都是如此。ESP 数据包被封装在 UDP 里，以免改写地址的路由器把它们破坏。
• ESP 本身是独立的协议号，不是 UDP 或 TCP 端口。一些网络和家用路由器对它的处理不好。

由于这些都是固定且众所周知的，想限制 VPN 流量的网络很容易看出并阻断它们。酒店、学校和办公室有时会有意这样做。本文不涉及绕过他人刻意设置的限制；如果某个网络阻断 IKEv2，直接的办法是询问管理方，或改用其他连接。

内置支持

多个操作系统在 VPN 设置中自带 IKEv2 客户端。Windows 在其内置 VPN 连接选项中提供它，微软关于连接 VPN 的指南对此有说明。苹果的平台和较新版本的 Android 也有原生支持，只是菜单和功能因版本而异。关于该平台当前的措辞，请以 Android 帮助页面中关于 VPN 连接的说明为准。

内置支持的好处是无需另装程序即可连接，并且由操作系统管理重连和电量。缺点是设置项呈现得不够友好，断线保护之类的功能依赖操作系统，而不是精心打磨的应用。因此许多面向消费者的 VPN 服务使用自己的应用，即便底层协议是 IKEv2/IPsec。如果你的应用有协议设置，除非客服建议，否则保持默认。

适合谁，不适合谁

情境	IKEv2/IPsec 合适吗	原因
在 Wi-Fi 与移动数据之间切换的手机	通常合适	MOBIKE 使隧道在地址变化时保持不断
连接公司网关的办公笔记本	通常合适	标准化，内置于操作系统，网络设备广泛支持
想不装软件、设置越简单越好的人	可能合适	有原生客户端，但设置细节各不相同
过滤 VPN 流量的酒店、学校或办公室网络	通常不合适	固定端口和 ESP 容易被过滤
不支持 IKEv2 的路由器或旧设备	不合适	有什么可用就用什么
想要最精简代码库以便审计的人	不是首选	IPsec 是一个选项繁多的庞大标准家族

与较新的设计相比，IKEv2/IPsec 更笨重，可选部分更多。这是取舍而不是缺陷：正是这种广度，使它能在众多厂商的企业设备上工作。想把这种风格与现代极简协议对照，可以看 WireGuard 与 OpenVPN 的比较；想了解企业 VPN 与个人 VPN 的区别，可以看 企业 VPN 与个人 VPN。

排查 IKEv2/IPsec 连接问题

如果连接启动不了，由外向内逐项检查，一次只改一处。

1. 检查普通上网。 不开 VPN 打开一个网页。如果失败，问题不在隧道。
2. 检查日期和时间。 证书只在有效期内可用。时钟严重错误会导致看起来莫名其妙的认证失败。
3. 检查登录信息。 用户名或密码输错是最常见的原因。请从账户页面复制，而不是重新输入。
4. 换个网络试试。 如果移动数据可以，而某个 Wi-Fi 不行，那个网络很可能过滤了上面所说的端口。询问所有者，或者改用其他连接。
5. 留意双重 NAT 或特别严格的路由器。 有些家用路由器处理 ESP 的能力不佳。重启路由器、更新固件，或启用它的 VPN 穿透选项，可能有帮助。
6. 看错误代码。 在 Windows 上，提示 IKE 凭据不可接受的错误，通常指向证书或登录问题，而不是网络问题。帮助指南 常见的 Windows VPN 错误 涵盖了常见代码。
7. 关闭其他 VPN 或安全软件。 两个 VPN 客户端，或者过于激进的防火墙，可能抢占同一个网络适配器。
8. 重启设备并更新应用或操作系统。 这样可以清除卡住的适配器，并获得修复。
9. 带着具体信息联系客服。 说明是哪台设备、哪个网络、原话是什么错误信息，以及你已经试过什么。

局限与注意事项

• IKEv2/IPsec 保护的是你的设备到 VPN 网关之间的路径。它不能防范恶意软件、钓鱼或弱密码，也不能说明流量离开隧道后运营方会如何处理。
• 这些标准历史久、范围广、选项多。草率的配置，比如较短的预共享密钥或未校验的服务器证书，会抵消大部分好处。
• 端口固定使它容易被过滤，不要以为它在所有网络上都能用。
• 重连更快不等于整体更快。吞吐量取决于设备、服务器、距离和你的网络。
• 本文属于一般性科普，不构成法律建议，也不声称任何服务支持某种协议，或在某个国家可用。

小结

IKEv2/IPsec 是两套标准组成的搭档：IKEv2 验证双方身份、约定算法并生成密钥，随后 IPsec 的 ESP 对每个数据包加密并认证。它凭 MOBIKE 在手机切换网络时表现稳定而知名，内置于多种操作系统，并得到网络设备的广泛支持。它的主要弱点是固定的端口和冗长的选项列表，以及某些薄弱的认证选择，比如被广泛共享的秘密。出问题时，依次检查网络、时钟、登录信息，以及网络是否过滤了它所需要的端口。

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