本文將透過深入剖析和實戰演練，一步一步帶領管理人員體會實際建置過程，並透過微軟巢狀式虛擬化技術，讓預算本來就吃緊的中小型企業和組織的管理人員，在無須準備任何x86硬體伺服器的情況下，也能夠研究和測試S2D超融合叢集。
微軟最初的HCI超融合解決方案，事實上是從Windows Server 2016版本開始，而一路演變到Windows Server 2019版本時，微軟發覺Windows Server平台的多功能性並不適合持續發展為HCI超融合平台，因此便發展出無GUI圖形介面的Azure Stack HCI平台，並演變為現在最新版本的Azure Local超融合平台。
但是，微軟並沒有將S2D超融合功能特色從Windows Server版本中移除，只是後續新增的HCI超融合特色功能只會在Azure Local超融合平台導入並推出，而不會加入Windows Server版本中。
然而，微軟在聽取社群和MVP的建議之後，在最新的Windows Server 2025 Failover Clustering 2025-12安全更新（KB5072033）中，正式支援的新特色功能S2D Campus Cluster，則打破了這個慣例，如圖1所示。
圖1 S2D Campus Cluster運作架構示意圖。 （圖片來源：Announcing Support for S2D Campus Cluster on Windows Server 2025 | Microsoft Community Hub）
在S2D超融合運作環境中，「故障網域」（Fault Domains）分為四個典型層級，包括節點主機（Node）、機箱（Chassis）、機櫃（Rack）、站台（Site）。舉例來說，如果企業組織的S2D超融合環境中並沒有採用刀鋒伺服器時，那麼採用機箱等級的故障網域便不合理，如圖2所示。
圖2 S2D超融合叢集支援的四種故障網域層級。 （圖片來源：Fault domain awareness | Microsoft Learn）
值得注意的是，當企業和組織希望部署S2D Campus Cluster on Windows Server 2025環境時，請確認運作環境必須滿足下列的需求：
‧每台S2D節點主機，都必須安裝Windows Server 2025 Failover Clustering 2025-12安全更新（KB5072033），並使用支援以及通過驗證的x86硬體伺服器。
‧每台S2D節點主機儲存裝置，僅能使用SSD或NVMe硬碟，不支援採用HDD。
‧必須定義兩個「機櫃」（Rack）的故障網域，並且將節點主機分別放置於這兩個不同的機櫃當中。
‧S2D超融合叢集的仲裁（File Share Witness, Disk Witness, Cloud Witness, or USB Witness），必須放在第三地，與機櫃和資料中心分開。
‧每座機櫃，都應該有獨立的網路路徑，能夠連接到仲裁資源。
‧必須為S2D超融合叢集的儲存流量，配備容錯的TOR和CORE網路交換器，以及專用網路環境，減少單點故障（SPOF）的風險，同時最大化工作負載時間和耐用性。
‧故障網域之間的機櫃，網路延遲時間必須為「1ms（或更低）」。
‧採用RDMA網卡與支援的網路交換器，因為RDMA網卡與支援的網路交換器能夠節省S2D節點主機30%的CPU工作負載。
雖然微軟破例為Windows Server 2025雲端系統平台新增S2D Campus Cluster特色功能，但這項功能在Azure Local超融合平台中目前已經進入技術預覽階段，正式名稱為「Azure Local Rack Aware Clustering」，如圖3所示。
圖3 Azure Local Rack Aware Cluster網路架構示意圖。 （圖片來源：Overview of Azure Local rack aware clustering （Preview） - Azure Local | Microsoft Learn）
接著，就來實際示範如何部署WS2025 S2D超融合叢集。
部署巢狀式技術VM虛擬主機
由於中小型企業組織可能沒有現成並且滿足S2D超融合叢集條件的x86硬體伺服器，因此本次實戰演練將會使用Microsoft Azure公有雲環境並啟用巢狀式虛擬化技術，幫助管理人員輕鬆部署S2D超融合叢集環境。
企業內部若有符合S2D超融合叢集條件的x86硬體伺服器，當然也可以直接進行實作，或是有老舊的x86硬體伺服器也支援硬體輔助虛擬化技術，同樣也能夠在啟用巢狀式虛擬化技術後部署S2D超融合叢集環境。
值得注意的是，無論是地端資料中心或是採用Azure公有雲環境，部署支援巢狀式虛擬化環境後所建構的S2D超融合叢集，僅僅適用於測試或研究用途，並不適合用於企業組織的營運環境。
與新世代的Azure Local超融合叢集不同，在部署S2D超融合叢集環境時，儲存裝置方面支援採用多種儲存類型，例如單一種類的NVMe或SSD的All-Flash運作架構，或是採用混合式儲存裝置，例如NVMe+SSD、NVMe+HDD、SSD+HDD等等，如圖4所示，這是管理人員採用實體伺服器建構S2D超融合叢集時必須注意的地方。
圖4 S2D超融合叢集支援採用混合式儲存裝置。 （圖片來源：Understanding the storage pool cache in Azure Local and Windows Server clusters | Microsoft Learn）
在實戰演練中，首先會在Azure公有雲環境中部署一台支援巢狀式虛擬化的VM虛擬主機，接著建立多台巢狀式VM虛擬主機，以達成部署S2D超融合叢集的目的。值得注意的是，在部署Azure VM Gen2世代虛擬主機時，預設在安全性類別採用「Trusted launch virtual machines」選項，雖然支援更多新式安全性機制，但卻會導致巢狀式虛擬化機制無法運作。
因此，在建立支援巢狀式虛擬化的Azure VM虛擬主機時，如圖5所示，記得將安全性類別調整為「Standard」項目，才能確保後續的巢狀式虛擬化技術正常運作，詳細資訊請參考「Azure VM的可信任啟動 - Azure Virtual Machines | Microsoft Learn」官方文件說明。
圖5 在安全性類型選項請採用Standard避免巢狀式虛擬化技術無法運作。
巢狀網路NAT網路位址轉換
當使用Azure公有雲環境時，由於支援巢狀式虛擬化技術的Azure VM虛擬主機已經屬於Level 1層級的VM虛擬主機，企業組織無法碰觸到Azure公有雲環境中屬於Level 0層級的Hyper-V主機，無法為Level 1層級VM虛擬主機啟用MAC位址欺騙功能。
此時，必須在Level 1層級，也就是Azure VM虛擬主機上，建立具備NAT網路位址轉換功能的vSwitch虛擬網路交換器，以便屆時Level 2層級的VM虛擬主機，也就是DC網域控制站、S2D單節點主機、WAC管理主機，能夠透過Level 1層級的NAT網路位址轉換機制，讓Level 2層級的網路封包能夠被正確路由，進而與Level 0層級的實體網路環境或網際網路進行通訊。
在本文實作環境中，建立的NAT vSwitch虛擬交換器名稱為「S2D-NATSwitch」，處理的NAT網路位址轉譯IP網段是「10.10.75.0/24」，預設閘道IP位址為「10.10.75.1」。
在Azure VM虛擬主機中，安裝完Hyper-V PowerShell後，開啟PowerShell指令視窗並鍵入「New-VMSwitch -Name "S2D-NATSwitch" -SwitchType Internal」指令，建立給Level 2層級VM虛擬主機使用的NAT vSwitch虛擬交換器，並指派連接類型為「Internal network」。建立完畢，可透過Hyper-V管理員進行檢查是否套用生效。
接著，執行「New-NetIPAddress -IPAddress 10.10.75.1 -AddressFamily IPv4 -PrefixLength 24 -InterfaceAlias "vEthernet（S2D-NATSwitch）"」指令，為剛才建立的NAT vSwitch虛擬交換器，組態設定預設閘道IP位址為「10.10.75.1」。
再執行「New-NetNat -Name "S2D-NATSwitch" -InternalIPInterfaceAddressPrefix "10.10.75.0/24"」，組態設定NAT vSwitch虛擬交換器所要處理的NAT網路位址轉譯IP網段為「10.10.75.0/24」。
當NAT vSwitch虛擬交換器成功建立後，可以分別執行「Get-VMSwitch」、「Get-NetIPAddress -IPAddress 10.10.75.1」、「Get-NetNat」等等指令，再次確認NAT vSwitch虛擬交換器組態設定內容是否正確，避免後續發生網路組態錯誤導致無法路由的情況。
部署DC/WS2025/WAC主機
首先，分別下載Windows Server 2025和Windows11 ISO映像檔。在本文實作環境中，新增三台VM虛擬主機，安裝Windows Server 2025雲端作業系統，其中一台負責擔任DC網域控制站角色，組態設定IP位址為「10.10.75.10」，部署建立「hci.weithenn.org」網域名稱，同時新增DNS名稱解析服務，確保稍後擔任Windows Admin Center（WAC）角色的主機，以及另外兩台擔任S2D超融合叢集節點主機，如圖6所示，能夠順利加入Active Directory網域環境，並使用正確的DNS名稱解析。
圖6 安裝Windows Server 2025雲端作業系統。
值得注意的是，在巢狀式虛擬化環境中建立的兩台S2D超融合叢集節點主機，在為這屬於第二層VM虛擬主機開機並安裝客體作業系統之前，必須先為第二層VM虛擬主機的vCPU處理器，執行啟用vCPU虛擬處理器硬體輔助虛擬化擴充功能的動作，屆時第二層VM虛擬主機才能正確接收到，由底層Hyper-V虛擬化平台所公開及傳遞而來的Intel VT-x及EPT硬體輔助虛擬化技術。
在PowerShell指令視窗中執行「Set-VMProcessor -VMName S2D-N01 -ExposeVIrtualizationExtensions $true」指令，為名稱為「S2D-N01」的第二層VM虛擬主機啟用vCPU虛擬處理器硬體輔助虛擬化擴充功能的動作，順利啟用之後，請再次確認「ExposeVirtualizationExtensions」的欄位值是否為「True」，以確保啟用的工作任務已套用生效，如圖7所示，否則屆時在建構S2D超融合叢集環境時，在嘗試安裝Hyper-V伺服器角色時會發生錯誤。
圖7 為第二層VM虛擬主機啟用vCPU虛擬處理器硬體輔助虛擬化擴充功能。
請注意，第二層VM虛擬主機必須在「關機」（Power Off）狀態，才能啟用vCPU虛擬處理器硬體輔助虛擬化擴充功能，如果處於「開機」（Power On）狀態，執行指令時將會失敗。
管理人員可以透過SConfig伺服器組態設定工具或習慣的GUI圖形化介面，輕鬆為S2D主機進行基礎架構的組態設定，例如電腦名稱、網路組態設定、變更系統時區和時間、安裝最新安全性更新、加入網域環境等等工作任務。
在本文實作環境中，將S2D虛擬主機的電腦名稱變更為「S2D-N01和S2D-N02」、網路組態設定固定IP位址為「10.10.75.21和10.10.75.22」、變更系統時區為「（UTC + 8）Taipei」，並且在安裝完最新安全性更新並重新啟動後，加入「hci.weithenn.org」網域環境。
順利設定S2D主機加入網域環境後，倘若管理人員對於指令管理防火牆規則不熟悉的話，可以在測試和研究環境中將防火牆關閉，但在日後正式營運環境中務必保持防火牆規則啟用。執行指令「Set-NetFirewallProfile -Profile Domain,Private,Public -Enabled False」，一次將三種設定檔類型的防火牆規則都關閉，如圖8所示，然後再次確認是否套用生效。
圖8 一次將三種設定檔類型的防火牆規則都關閉。
接著，確認為每台S2D超融合叢集節點主機，額外配置的4顆300GB儲存空間的vDisk虛擬硬碟，是否能夠被系統正確識別，確保稍後建立超融合儲存集區時，能夠順利將所有額外新增的vDisk虛擬硬碟匯整至儲存集區內，成為日後S2D超融合叢集中其他VM虛擬主機或容器等工作負載的儲存資源。
可以在S2D叢集節點主機中開啟PowerShell指令視窗環境，執行「Get-PhysicalDisk | sort -Property Size」指令，檢查S2D叢集節點主機儲存裝置，並以Size欄位排序顯示結果，確保4顆300GB儲存空間的vDisk虛擬硬碟，每個CanPool欄位值皆為「True」，如圖9所示，確保這4顆儲存裝置能順利加入至超融合儲存集區中。
圖9 確保系統正確識別4顆300GB的vDisk虛擬硬碟且CanPool欄位為True。
在Windows Server 2025運作環境中，透過Install-WindowsFeature指令，或伺服器管理員安裝指定的伺服器角色和功能，例如DCB資料中心橋接（Data-Center-Bridging）、容錯移轉叢集（Failover-Clustering）、檔案伺服器（FS-FileServer）、Hyper-V PowerShell管理工具等等，確保建構S2D超融合叢集環境所需要的伺服器角色和功能皆已安裝完畢，如圖10所示。
圖10 S2D叢集節點主機安裝必要的伺服器角色和功能。
透過WAC部署S2D超融合叢集
在過去版本中，可以透過WAC管理工具來部署和建構S2D超融合叢集環境，本文使用最新的WAC v2410版本，登入WAC管理介面後，依序點選「Settings > Gateway > Extensions > Available extensions」項目，並鍵入關鍵字「Cluster Creation」，再點選該項目後按下〔Update〕鈕進行版本更新程序。待安裝作業完成後，即可在「Installed extensions」頁籤中看到Cluster Creation延伸模組和相關資訊，如圖11所示，以便稍後嘗試透過WAC部署S2D超融合叢集。
圖11 安裝最新版本Cluster Creation延伸模組。
確認叢集建立延伸模組安裝完成後，在WAC管理介面All Connections下拉選單中便會出現「Cluster Creation」子項目，點選後就會進入精靈互動部署模式。在1. Choose the cluster type中，只有Windows Server和Azure Local選項，由於是要部署超融合叢集，所以選擇Azure Local項目，在2. Select server locations區塊中，則選擇預設值的All servers in one site。
在Get Started第一個階段中，系統提示相關前置作業資訊，例如叢集節點主機必須採用Azure Stack HCI或Windows Server 2019 Datacenter版本等等，管理人員應再次檢查是否符合相關條件，避免稍後部署HCI超融合叢集時發生非預期的錯誤。
在1.2 Add servers頁面中，首先鍵入管理者帳號和密碼，這個管理者帳號必須是「網域帳號」，並且具備S2D叢集節點主機「Local Administrators Group」的身分和權限，在本文實作環境中管理帳號為「HCI\Administrator」。
接著，鍵入本文實作環境的兩台S2D超融合叢集節點主機的電腦名稱，分別是「s2d-n01.hci.weithenn.org」和「s2d-n02.hci.weithenn.org」，然後按下〔Add〕鈕。此時，系統將會進行相關檢查作業，確認是否符合建構HCI超融合叢集環境，然而在加入S2D超融合叢集節點主機後，系統卻顯示必須採用Azure Stack HCI OS才行，如圖12所示。
圖12 新版WAC僅支援採用Azure Stack HCI建構超融合環境。
驗證S2D超融合叢集
雖然最新版本的WAC管理工具僅支援採用Azure Stack HCI建構超融合環境，然而管理人員仍然可以透過手動的方式，將Windows Server 2025雲端作業系統打造成支援HCI超融合叢集的運作環境。
在建立S2D超融合叢集之前，先執行「叢集驗證」（Cluster Validation）的動作，確認目前每台S2D叢集節點主機已經符合各項需求，避免稍後建立S2D超融合叢集時發生非預期的錯誤。
在本文實作環境中，兩台S2D叢集節點主機的電腦名稱為「S2D-N01」和「S2D-N02」，在其中一台主機上開啟PowerShell指令視窗，鍵入「Test-Cluster -Node S2D-N01, S2D-N02 -Include "Hyper-V Configuration","Inventory","Network","Storage Spaces Direct","System Configuration"」指令進行叢集環境的驗證動作，如圖13所示。
圖13 驗證S2D叢集節點主機確保符合建構S2D超融合叢集的各項需求。
執行完成後，叢集驗證內容報表檔案，預設儲存路徑為「C:\Users\Administrator.HCI\AppData\Local\Temp」，查看報表內容後，可以看到所有的檢查項目都通過，只有「Hyper-V Configuration > Validate Processor Capabilities」子項目的狀態為Not Applicable，如圖14所示，這是因為透過巢狀式虛擬化環境實作的關係，倘若採用實體的x86硬體伺服器，便會通過所有檢查項目，管理人員不必擔心。
圖14 巢狀式環境大致符合建構S2D超融合叢集的各項需求。
建構S2D超融合叢集
當S2D叢集節點主機通過容錯移轉叢集驗證程序後，在建構S2D超融合叢集之前，必須先確保每台S2D叢集節點主機沒有任何硬碟已經被「宣告」（Claimed）使用，例如硬碟初始化為MBR/GPT、格式化為ReFS檔案系統，或曾經存放過S2D超融合叢集VM虛擬主機等等。
倘若不確定硬碟是否已經初始化或格式化過，可以採用Diskpart指令確認硬碟編號，然後使用PowerShell的Clear-Disk指令清除硬碟中所有內容，舉例來說，本文實作環境共有4顆300GB的SSD固態硬碟且編號為1～4，便可以執行「Clear-Disk -Number 1,2,3,4 -RemoveData -RemoveOEM」指令清除硬碟中所有內容。
為何一定要確保硬碟中所有內容清空，主要原因在於，硬碟若已經被宣告使用，稍後啟用Storage Spaces Direct機制時，系統就無法把儲存裝置加入至S2D儲存資源池當中。
至此，部署S2D超融合叢集的前置作業已經完成，可以使用PowerShell指令執行建構S2D超融合叢集的動作。執行「New-Cluster -Name S2D-Cluster -Node S2D-N01, S2D-N02 -NoStorage -StaticAddress 10.10.75.20」指令，建構名稱為「S2D-Cluster」的超融合叢集，叢集節點主機名稱為「S2D-N01和S2D-N02」，超融合叢集的IP位址為「10.10.75.20」，如圖15所示。
圖15 建構S2D超融合叢集。
值得注意的是，由於本文採用巢狀式虛擬化技術的關係，所以必須加上「-NoStorage」參數，倘若採用實體伺服器，則無須加上此參數。
啟用Storage Spaces Direct機制
在為S2D叢集啟用Storage Spaces Direct機制之前，再次確認S2D叢集中，其中一台S2D叢集節點主機是否可以看到本機硬碟，以及S2D叢集中其他台叢集節點主機的硬碟數量。舉例來說，本文實作環境中，每台S2D叢集節點主機除了作業系統之外，還額外配置4顆300GB的SSD硬碟，因此其中一台S2D叢集節點主機，都應該看到總數「8顆」300GB的SSD硬碟才是正確的，如圖16所示。
圖16 確認S2D叢集節點主機能看到本機及其他台叢集節點主機的硬碟數量。
緊接著，執行「Enable-ClusterStorageSpacesDirect -AutoConfig:0 -SkipEligibilityChecks」指令，啟用Storage Spaces Direct的超融合技術，因為本文採用巢狀式虛擬化技術的關係，所以必須加上「-AutoConfig:0 -SkipEligibilityChecks」參數，倘若採用實體伺服器，則無須加上此參數。當系統詢問是否啟用S2D超融合技術時，鍵入「A」即可，當系統啟用程序完成後，便會自動產生名稱為EnableClusterS2D的HTML格式報表檔案，如圖17所示。
圖17 啟用Storage Spaces Direct超融合技術。
順利為S2D叢集啟用Storage Spaces Direct機制後，可以在容錯移轉叢集管理員視窗中，依序點選至「Storage > Pools」項目，即可看到目前S2D儲存資源池的空間大小。在本文實作環境中共採用8顆300GB的SSD固態硬碟，建立後的S2D儲存資源池中，可用儲存空間大小便是2.29TB，如圖18所示。
圖18 順利為S2D叢集啟用Storage Spaces Direct機制。
透過WAC管理S2D超融合叢集
由於傳統的容錯移轉叢集管理員無法完整管理S2D超融合叢集，此時可以透過Windows Admin Center（WAC）輕鬆地在GUI圖形介面中管理S2D超融合叢集。同時，最新版本的WAC管理平台也已經完整支援雙節點的S2D超融合叢集，無論是管理和組態設定，或是新增及建立相關工作負載，例如VM虛擬主機、容器等等都沒問題。
在本文實作環境中，另外部署一台安裝Windows 11作業系統的VM虛擬主機，並安裝最新版本的WAC管理平台，當管理人員順利通過使用者身分驗證機制並登入WAC管理平台後，依序點選「Add > Add or create resources > Server Clusters > Add」，在Add Cluster欄位中鍵入「S2D-Cluster.hci.weithenn.org」叢集名稱，系統便會自動掃描和探索到S2D超融合叢集，如圖19所示。
圖19 新增S2D超融合叢集至WAC管理平台中。
順利連線並納管S2D超融合叢集後，便可以透過WAC管理平台，查看S2D超融合叢集的各種使用率和工作負載資訊，包括超融合叢集節點主機數量和資訊、儲存裝置數量和資訊、管理VM虛擬主機、超融合叢集CPU/Memory/Storage資源使用資訊、IOPS儲存效能、Latency延遲時間、Throughput傳輸速率等等，如圖20所示。
圖20 透過WAC管理平台查看S2D超融合叢集資源使用情況。
當然，點選到左邊的Drives項目後，WAC管理平台將會顯示S2D超融合叢集的儲存資源，以本文巢狀式虛擬化環境為例，如圖21所示，可以看到目前共有8顆儲存裝置，可用儲存空間為2.3TB，系統建議預留的儲存空間為600GB。後續當儲存裝置故障損壞時，也能在此頁看到故障儲存裝置顯示於Alerts區塊中。
圖21 查看S2D超融合叢集儲存裝置和儲存空間資訊。
＜本文作者：王偉任，Microsoft MVP及VMware vExpert。早期主要研究Linux/FreeBSD各項整合應用，目前則專注於Microsoft及VMware虛擬化技術及混合雲運作架構，部落格weithenn.org。＞