緯育 2026-0323

VMWARE 虛擬化基本概念

本課程介紹 VMware 的虛擬化基本概念，並強調理論與實作的結合。課程聚焦 VMware 的 vSphere 系列產品，特別是 ESXi 與 vCenter，並透過「vSphere in a Box」概念，讓學員在單一電腦上建構資料中心雛形。講者說明了從實體伺服器到虛擬伺服器的演進、背後原因，以及其帶來的高階應用優勢（如 VMotion 線上遷移），這些是實體機器無法比擬的，也是企業即使面對成本增加仍採納虛擬化的關鍵。課程目標是讓學員理解理論並能實際操作，掌握現代資料中心的運作模式。

課程介紹與行業背景

• 課程核心目標
  • 本課程為「VMWARE」相關課程，旨在介紹虛擬化的基本概念。
  • 強調理論與實作雙向並行，此教學法獲業界認可。
• Tech Support 職涯價值
  • 課程所訓練的 Tech Support 人才，與台灣多數資訊科系著重程式開發的教學方向不同。
  • Tech Support（或稱客戶工程師，Customer Engineering）重視實務經驗。
  • 此類培訓的經歷在履歷上具高度鑑別度，容易引起面試官注意，因為許多業界主管也來自類似培訓體系。
• 資料中心的概念演進
  • 建議學員使用更專業的「資料中心」（Data Center）而非「雲」。
  • 「雲」是為了讓非資訊行業人員（如市場部門）易於理解而產生的市場名詞。
  • 資料中心的前身是「機房」（Server Farm），約 30 年前機房內皆為實體機器。

虛擬化技術的演進與背景

• 從實體到虛擬伺服器
  • 過去伺服器皆為實體伺服器，需購買 CPU 等硬體。
  • 虛擬化伺服器風潮約自 2007 或 2010 年起，與 AWS 早期服務推出時間接近。
• 虛擬化的動機與現實
  • VMware 早期教材以「節省成本」作為從實體轉向虛擬的主要優勢。
  • 然而近二十年（約 2007–2025）實踐發現，轉為虛擬化後成本反而可能增加。
  • 儘管成本增加，企業仍採納虛擬化，因虛擬機器提供許多實體機器無法實現的好處與高階應用。
• CPU 資源過剩的推力
  • 虛擬化的出現與 CPU 效能強大有關。Intel CPU 通常耐用，其他零件（主機板、記憶體）壞了，CPU 仍完好。
  • 實體伺服器運作時 CPU 使用率常僅十幾至二十幾%，造成資源過剩。
  • 因此衍生將一台實體電腦分割給多個（如 4–6 台）虛擬伺服器共享 CPU 資源的概念，催生虛擬化。

VMware 產品與架構

• VMware 與博通（Broadcom）
  • VMware 現隸屬博通，博通約三年前收購 VMware。
  • 博通股價近期因其在 AI 晶片（ASIC，專用型 GPU）領域發展而飆漲，被視為能與輝達（NVIDIA）競爭。
  • 收購後博通進行業務重整，保留賺錢部門（如 vSphere）並漲價；雖引發企業抱怨，但因市場領導地位，客戶仍持續使用。
• vSphere 產品系列
  • vSphere 是 VMware 專用於「伺服器虛擬化」的產品系列。
  • 內含兩個核心產品：ESXi 與 vCenter。
  • 版本號隨 vSphere 系列，例如 vSphere 6 代表其下 ESXi 與 vCenter 皆為第 6 版。課程將介紹版本 6 與版本 7。
• ESXi（Hypervisor）
  • ESXi 是伺服器作業系統（Operating System），奠定現代資料中心的重要基礎。
  • 它是虛擬化作業系統，主要功能是在其上建立與運行虛擬機器（Virtual Machine, VM）。
  • 如 Google 等大型資料中心部署成百上千台 ESXi 主機。
• vCenter Server
  • vCenter 是應用程式（Application Software），非作業系統。
  • 定位為集中化管理軟體，提供統一圖形化介面，管理數百至數千台 ESXi 主機及其上的虛擬機器，以提升管理效率。

虛擬化的進階應用與實例

• 高階虛擬化應用
  • 在 ESXi 與 vCenter 基礎上，可實現多項高階應用，如 VMotion、DRS、HA、FT 等。
  • 這些應用構成現代資料中心提供各種 Web 服務的基礎，也是學習 AWS 等雲端課程前的底層知識。
• VMotion（線上遷移）
  • VMotion 的中文為「線上遷移」，屬高階虛擬化應用。
  • 當某台 ESXi 主機因其上虛擬機器導致 CPU 或 RAM 使用率過高（如達 80–90%）而影響效能時，VMotion 機制會被觸發。
  • 它可將正在運行的虛擬機器（VM A）從高負載主機（ESXi 1）「線上」「自動」遷移至另一台負載較低的主機（ESXi 2），全程無需停機或重裝。
  • 遷移後，VM A 會自 ESXi 1 消失，並在 ESXi 2 繼續運行，達到負載平衡並確保效能穩定。
• 元大證券實例
  • 元大證券的機房維運由課程學姊負責，其核心應用「下單軟體」在交易時段（週一至週五，上午 9 點至下午 1 點半）絕不容許當機或效能低落。
  • 若下單請求因伺服器繁忙而延遲（如延遲 2–3 分鐘），將引起客戶嚴重不滿。
  • 元大證券約 10 年前投資數千萬導入 VMware 虛擬化，即為利用 VMotion 等高階功能。
  • 當承載下單軟體的虛擬機器使主機 CPU 負載過高時，VMotion 能自動將其遷移至較空閒主機，確保下單服務效能與穩定性。

課程實作方法：vSphere in a Box

• 概念說明
  • 「vSphere in a Box」是業界常用名詞，意指「在一個盒子（電腦）裡的 vSphere 環境」。
  • 課程將採用此方法，讓學員在自己的筆記型電腦中透過建立 4 台虛擬機器，模擬並搭建「麻雀雖小，五臟俱全」的資料中心雛形。
• 學習目標
  • 讓學員親身體驗資料中心的運行方式，使其不再遙不可及。
  • 目標是讓每位學員都能完成實驗，並藉此訓練模式獲得業界認可的實務能力。

本周課程內容與進度

本系列講座為一門關於 VMware 虛擬化課程的介紹，涵蓋了課程評分、IT 職業發展、虛擬化核心架構與實作環境建置等主題。首先，講師說明課程將採用「實機考試」搭配「課堂問答加分」的評分方式，並鼓勵學生使用較新版本的軟體（7.x/8.x）以獲得更高分數。接著，講師探討了 IT 行業中溝通能力的重要性及不同的職業路徑，如技術支援、MIS 與產品經理。

技術核心部分，課程將使用 VMware Workstation 建立一個包含四台虛擬機（一台 AD/DNS 伺服器、兩台 ESXi 主機、一台 vCenter 伺服器）的巢狀虛擬化（Nested Virtualization）實驗環境。講師詳細解釋了此架構的原理，包括作業系統的角色、為何需要 AD 與 DNS 服務進行命名管理，以及 vCenter 從 Windows 版本演進至 VCSA（vCenter Server Appliance）的原因。此外，講座強調在創建虛擬機前，需先準備好運算、網路、儲存三大資源池。最後，講師指導學員檢視 VMware Workstation Pro 的網路設定，並規劃為本次實驗建立一個獨立的 Host-only 模式軟體交換機（VMnet11），以區隔不同的實驗環境。實機考試將採 Open Book 形式，學員需根據變更後的參數完成實驗步驟。

課程介紹與評分方式

• 課程演變與評分
  • 課程早期僅要求繳交報告，近一兩年改為包含「實機考試」，教學效果顯著提升。
  • 考試難度較高，因此將採用上課問答的「加分制度」輔助。若學生回答獲講師認可，可自行記錄加分次數，於考試前提交。
  • 班代與特定同學因服務全班，將獲得當然加分。
• 軟體版本與分數差異
  • 課堂教學以 VMware 6.x 版本為基礎，但鼓勵學生使用 7.x 或 8.x 版本。
  • 考試時若使用 6.x 版本，滿分為 90 分；使用 7.x 或 8.x 版本，滿分為 100 分。
  • 講師會說明 6.x 與新版本在安裝與操作上的主要差異。
• 實機考試說明
  • 採用「Open Book」形式，學員可參考筆記或手冊。
  • 考試內容與課堂步驟相同，但會更改網域名稱、IP 位址等部分參數。
  • 學員可事先模擬不涉及變動參數的步驟來準備。

IT行業職業發展與所需技能

• 溝通與表達能力的重要性
  • IT行業（如技術支援、客戶工程師）非常需要與人溝通，課堂問答亦是為了訓練此能力。
  • 良好的溝通能力是未來轉職為產品經理（Product PM）或業務的基礎。
• IT行業的職業路徑與公司文化案例
  • 技術支援（Tax Support）：負責對外處理客戶問題，壓力較大，需頻繁出差。
  • MIS：負責對內維護公司資訊架構，工作相對穩定。
  • 以敦陽、智邦（Accton）為例，說明不同公司文化與職位性質，鼓勵學生探索適合自己的道路。

虛擬化核心架構與概念

• 作業系統（OS）與伺服器基礎
  • OS 的核心功能是作為人機介面，管理 CPU、記憶體、硬碟等硬體資源。
  • 建置資料中心時，首要任務是安裝 AD（Active Directory）和 DNS 服務，以利於使用「名稱」而非「IP位址」來管理大量伺服器。
• 巢狀虛擬化 (Nested Virtualization)
  • 指在虛擬機器中再安裝虛擬機器，本課程將實作兩層架構。
  • 第一層：在學員筆記型電腦上使用 VMware Workstation 作為 Hypervisor 平台。
  • 第二層：在 Workstation 創建的虛擬機中，安裝 ESXi 伺服器（本身也包含 Hypervisor）。
  • 此為實驗室作法；業界實務是直接將 ESXi 安裝在實體伺服器上（僅一層虛擬化）。
• Hypervisor
  • 是一個虛擬化程式或作業系統核心，允許在實體伺服器上創建和運行多個虛擬機器（VM）。
  • 是虛擬化伺服器（如 ESXi）與一般作業系統（如 Windows）的關鍵區別。
• 三大硬體資源池（Pools）
  • 在創建虛擬機前，ESXi 會將實體硬體整合成三大資源池：

   1. 運算資源池 (Computation Pool): CPU、GPU、記憶體。
   2. 網路資源池 (Networking Pool): 網卡、交換機。
   3. 儲存資源池 (Storage Pool): 硬碟、SSD。

課程實作環境建置

• 四台虛擬機規劃
  • 整個實驗將在 VMware Workstation 上建立四台虛擬機：

   1. AD-016：安裝 Windows Server 2016，提供 AD 與 DNS 服務。
   2. EXI-01 與 EXI-02：安裝 ESXi 伺服器作業系統。
   3. V-Center-12：安裝 vCenter Server，用於統一管理兩台 ESXi 主機。

• vCenter Server 版本演進
  • 6.x 版以前：提供 Windows 版本，需先安裝 Windows OS。
  • VCSA (vCenter Server Appliance)：將 Linux OS 與 vCenter 應用程式打包的官方版本，效能較佳且為開源。
  • 7.x/8.x 版以後：VMware 不再提供 Windows 版本，僅提供 VCSA。
• VMware Workstation Pro 網路設定
  • 學員使用的筆電為租賃方案，配備 i7 CPU 與 512GB SSD。
  • 透過 Virtual Network Editor 工具管理軟體交換機（Virtual Switch）。
  • 平台預設提供三種模式：Bridge (VMnet0)、Host-only (VMnet1)、NAT (VMnet8)。
  • 現有 Linux 課程的 VM 皆使用 NAT 模式的 VMnet8。
• 新實驗網路規劃
  • 為避免環境混淆，本次 VMware 實驗將新增一台獨立的軟體交換機。
  • 規劃新增 VMnet11，並設定為 Host-only 模式。
  • 未來新建的四台虛擬機網卡都將連接到此 VMnet11 交換機。

課程結構與學習路徑

• 第一章：安裝設定 VMware Workstation。
• 第二章：安裝 ESXi 伺服器。
• 第三章：安裝 vCenter Server。
• 第四、五章：設定網路與儲存資源池。
• 第六章：部署與創建虛擬機。
• 第八、九章：學習 VMotion 等進階虛擬化功能。

VMware Workstation Pro 初始設定與概念

• 偏好選項 (Preferences) 設定
  • 設定路徑：透過點擊頂端選單的「Edit」(編輯)，然後選擇「Preferences」(偏好選項) 進入設定介面。
  • 工作空間 (Workspace)：此設定定義虛擬機檔案的預設存放位置。一台虛擬機在檔案系統中相當於一個檔案夾，其內的 .vmdk 檔對應虛擬硬碟。建議在檔案總管中開啟「顯示副檔名」以便查看。
  • 停用自動更新：
  • 版本一致性的重要性：講師強調，在虛擬化領域，版本是「一大致命傷」，微小的版本差異可能導致功能異常。特別是在考試前，不應進行任何更新。
  • 停用產品更新：強烈建議取消勾選「Check for product updates on startup」(啟動時檢查產品更新)，確保環境版本在課程期間保持一致。
  • 元件更新：建議先選擇「Download all components now」(立即下載所有元件)，將當前版本的所有元件下載下來，但不再進行後續更新。
• VMware Tools 的概念與更新設定
  • 定義：VMware Tools 是 VMware Workstation Pro 內建的工具箱小程式，會在安裝客體作業系統（Guest OS）後自動安裝進去。
  • 主要功能 * 時間同步：VMware Tools 能自動讓虛擬機器的時間與主機作業系統（Host OS）的時間同步，這對資安至關重要，也避免了手動調整多台虛擬機時間的麻煩。
  • 更新建議：與軟體本身一樣，建議不要勾選自動更新 VMware Tools 的選項，以避免潛在的穩定性問題。

虛擬網路編輯器 (Virtual Network Editor) 設定

• 虛擬交換機 (Virtual Switch) 網路資源
  • VMware Workstation 提供 20 台虛擬交換機，可分為三種運作模式：

   1. 橋接 (Bridge)：預設為 VMnet0。
   2. NAT (網路位址轉譯)：預設為 VMnet8。
   3. 僅主機 (Host-only)：預設為 VMnet1。

• 創建與設定新的虛擬交換機 (VNX-11)
  • 創建步驟：進入 Virtual Network Editor，點擊「Change Settings」後，選擇「Add Network」並指定一個未使用的編號（如 VMnet11）。
  • 遵循課堂指定參數：講師強調，設定時不能完全照抄實驗手冊（Labguide），需根據課堂指定參數。例如，本次實驗指定的 IP 位址第三碼為 101。
  • DHCP 服務停用：由於實驗需要使用固定的靜態 IP，必須在虛擬網路編輯器中，取消勾選「使用本地 DHCP 服務將 IP 位址分派給虛擬機」的選項。
  • 子網路 IP 設定：停用 DHCP 後，手動設定子網路網段。本次實驗中 VMnet11 的網段應設為 192.168.101.0。
• 主機虛擬網卡 (Host Virtual Adapter)
  • 定義與功能：這是用於連接「虛擬交換機」與「主機作業系統」（如 Win11）的虛擬網卡，其名稱與所連接的虛擬交換機相同（如 VMnet11）。它的主要功能是讓虛擬機與主機之間能夠通訊。
  • 啟用設定：透過勾選「Connect a host virtual adapter to this network」選項來啟用。
  • 實驗環境下的必要性：為節省主機資源，本次實驗將 Client 端程式安裝在主機上而非獨立的虛擬機中。因此，必須啟用主機虛擬網卡，以建立主機上的 Client 與虛擬機中的 Server 之間的通訊路徑。

Host-Only 與 NAT 網路模式比較

• 共通點：兩種模式都會使用主機虛擬網卡來連接主機作業系統。
• 主要區別 * 與實體網卡的連通性：
  • NAT 模式：其主機虛擬網卡（如 VMnet8）會與主機的「實體網卡」連通，使得虛擬機可以透過此路徑存取外部網際網路。
  • Host-Only 模式：其主機虛擬網卡（如 VMnet1, VMnet11）與主機的「實體網卡」之間的連線是「斷開」的，形成一個隔離的網路環境，虛擬機無法存取外部網路。

虛擬網路連線原則

• 單一交換機原則：所有需要互相通訊的虛擬機器（如 AD2016, AD301 等），都必須手動指定並連接到同一個虛擬交換器上（本次為 VNX-11）。
• 內部隔離：連接到不同虛擬交換器（如一台連至 VMnet11，另一台連至 VMnet8）的虛擬機器之間是無法直接內部互通的。若皆處於 Host-Only 模式，則絕對無法通訊。