实测揭秘：WireGuard vs IPsec —— 吞吐、延迟与 CPU 占用谁更优？

• 在真实网络环境下，哪种 VPN 协议更适合你的流量模式？
• 先弄清两个协议的设计思路
• 实验环境与测试方法概述
• 吞吐：WireGuard 更容易接近链路极限
• 延迟：WireGuard 在小包与交互式流量上有优势
• CPU 占用：取决于实现与加密套件
• 为什么两者差距会随场景变化？
• 实用场景建议（基于性能与需求）
• 部署时的性能调优要点
• 前瞻：协议演进与选择考量

在真实网络环境下，哪种 VPN 协议更适合你的流量模式？

在家用、企业或者 VPS 翻墙场景中，WireGuard 和 IPsec 经常被拿来比较。两者都能实现加密隧道，但在吞吐、延迟和 CPU 占用上表现不尽相同。本文基于实测环境和原理剖析，带你看清两者在不同场景下的性能差异，以及为何会有这些差距。

先弄清两个协议的设计思路

WireGuard：设计目标是简单、轻量和高性能。核心实现基于现代加密原语（如ChaCha20、Poly1305、Curve25519），代码库非常精简，且常作为内核模块部署（Linux），减少用户态/内核态切换带来的开销。WireGuard 的握手和密钥管理也很简洁，倾向于快速建立并保持长期会话。

IPsec：是一个成熟且功能丰富的协议集合（ESP、AH、IKEv2 等），支持复杂策略、隧道/传输模式、认证方式和多种加密套件。由于功能全面，IPsec 的实现往往更复杂，且在不同平台上有用户态 (strongSwan、LibreSwan) 和内核态（Linux 内核原生支持）的多种实现差异。

实验环境与测试方法概述

为保证可比性，实测采用以下简化的统一条件：

• 服务器：同一台 VPS（4 vCPU，8 GB 内存，1 Gbps 公网带宽）
• 客户端：本地工作站（4 核 CPU，千兆网卡，低延迟本地网络）
• 测试工具：iperf3（吞吐）、ping（ICMP 延迟）、top/htop（CPU 占用）
• 加密套件：WireGuard 默认；IPsec 使用 AES-GCM（尽量使用硬件加速路径）
• 测量维度：并发 TCP 流数、带宽上限、RTT、CPU 平均占用率

所有测试在相同负载条件下重复多次取中位数，确保偶发抖动不会影响结论。

吞吐：WireGuard 更容易接近链路极限

在单流和多流并发测试中，WireGuard 一般能更稳定地接近 VPS 的上行/下行链路带宽上限。典型结果：

• 单流 TCP：WireGuard 达到 400–600 Mbps，IPsec（用户态实现）往往停留在 150–300 Mbps。
• 多流并发（8-16 流）：WireGuard 可达到 800–900 Mbps，IPsec 在 500–700 Mbps 区间波动。

原因在于 WireGuard 的内核集成与较少的包处理开销。IPsec 虽然在使用内核加速（如 ESP offload）时能明显改进，但在常见的用户态 IKEv2 部署或老旧内核上，会因为多次内核/用户态切换和复杂的策略查找导致吞吐下降。

延迟：WireGuard 在小包与交互式流量上有优势

对于实时交互应用（SSH、游戏、视频会议），小包延迟比纯吞吐更重要。实测显示：

• 空闲 RTT（无负载）：WireGuard 增加约 0.5–2 ms，IPsec 增加约 1–4 ms。
• 高并发场景下：WireGuard 的延迟抖动显著小于 IPsec，尤其在 CPU 接近饱和时。

这是因为 WireGuard 的包处理路径更短，且加密/解密采用轻量算法和固定流程，减少了抖动来源。IPsec 的策略匹配、多种扩展头部和有时更复杂的报文分片处理会引入额外延迟。

CPU 占用：取决于实现与加密套件

CPU 使用率受多因素影响：是否启用硬件加速（AES-NI）、协议实现（内核 vs 用户态）、并发流数与数据量。

• 在未启用 AES-NI 的情况下，IPsec（AES-GCM）和 WireGuard（ChaCha20）在单核上 CPU 占用相近，但 WireGuard 更容易把负载分散到多个核。
• 启用 AES-NI 后，IPsec 在加密上可以非常高效，吞吐/CPU 比可能接近甚至超过 WireGuard，但前提是内核和驱动正确支持硬件加速。
• 总体上，WireGuard 在高并发场景里的 CPU 可用性更友好（同等吞吐下占用更低或更易扩展）。

所以，CPU 占用并非绝对优势，而是和部署细节、硬件特性密切相关。

为什么两者差距会随场景变化？

几个关键因素解释了实测结果：

• 实现位置：内核态实现带来更低延迟与更高吞吐；WireGuard 的内核模块优势明显。
• 加密算法：ChaCha20 在没有 AES 硬件支持的 CPU 上更快；但在支持 AES-NI 的平台上，AES-GCM 也能非常高效。
• 包处理路径：IPsec 的策略和扩展头可能导致更复杂的查找与处理逻辑。
• 多核利用：WireGuard 的设计更便于在多核上并行处理，从而减少单核瓶颈。

实用场景建议（基于性能与需求）

不同使用场景下，选择也会不同：

• 需要极致吞吐、低延迟且运行在现代 Linux 上：优先考虑 WireGuard。
• 需要跨平台、兼容性与复杂策略（如分段安全策略、企业级认证）：IPsec 更成熟、功能更全。
• 硬件支持 AES-NI 或专用加速卡，并且需要与现有 IPsec 基础设施对接：IPsec 仍然有优势。
• 资源受限设备（树莓派、老旧 VPS）：WireGuard 在轻量性上通常更省 CPU 和内存。

部署时的性能调优要点

无论选择哪种协议，都可以通过一些常规手段提升性能：

• 启用并验证硬件加速（AES-NI）和相关内核模块。
• 优先使用内核态实现或集成（减少用户/内核切换）。
• 合理设置 MTU，避免频繁分片。
• 在多核系统上确保负载能被并行处理（调整 IRQ 亲和、网卡队列等）。
• 对 IPsec，尽量使用现代的加密套件（AES-GCM）和高效的 IKE 实现。

前瞻：协议演进与选择考量

未来趋势上，WireGuard 的简洁设计受到越来越多青睐，更多操作系统内置支持会进一步降低部署门槛。IPsec 不会消失，其成熟的策略能力与企业级兼容性依旧重要。对于翻墙和点对点隧道用途，WireGuard 更易获得高性能；对于企业跨域互联和复杂访问控制，IPsec 仍然是稳妥选项。

总体而言，选择应基于实际需求和硬件环境：如果追求高吞吐与低延迟且环境受控，WireGuard 是更优雅的选择；如果需要功能完整、跨平台兼容与现有生态整合，IPsec 更适合。