Was ist Cloud-Architektur?

Je nach Geschäftsanforderungen dient eine Cloud-Architektur als Designstrategie für die Verbindung der cloudbasierten Infrastruktur zur Ausführung und Bereitstellung von Anwendungen. Die Cloud-Architektur berücksichtigt die Workload-Anforderungen und Betriebskosten eines Unternehmens, um die Flexibilität, Skalierbarkeit und Kosteneinsparungen des Cloud Computing zu bieten.

Cloud Computing ist ein wesentlicher Bestandteil moderner Geschäftsprozesse und bezeichnet den On-Demand-Zugriff auf Computerressourcen – Anwendungen, physische Server, virtuelle Server, Datenspeicher, Entwicklungswerkzeuge, Netzwerkfunktionen und vieles mehr – gehostet in einem Remote-Rechenzentrum, das von einem Cloud Service Provider (oder CSP) verwaltet wird.

In der Regel stellt einer der führenden Cloud-Anbieter – Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform, IBM Cloud oder Microsoft Azure – oder andere Cloud-Services wie VMware diese Ressourcen auf einer Pay-as-you-go- oder einer monatlichen Abonnementbasis zur Verfügung. Cloud Computing ermöglicht es Unternehmen, Remote-Server zu verwenden, um Daten zu speichern und darauf zuzugreifen, wodurch die Kosten für den Aufbau und die Wartung einer herkömmlichen IT-Infrastruktur vor Ort gesenkt werden.

Cloud Computing bietet unzählige geschäftliche Vorteile, darunter verbesserte Leistung und Effizienz, unbegrenzte Skalierbarkeit und einen höheren strategischen Wert. Laut einem Bericht von McKinsey könnte Cloud Computing bis 2030 ein EBITDA (Gewinn vor Zinsen, Steuern, Abschreibungen und Amortisierung) von etwa 3 Bio. USD generieren. Die Studie ergab auch, dass der Wert, den die Cloud durch die Befähigung von Unternehmen zur Innovation generiert, mehr als fünfmal so viel wert ist wie durch die einfache Reduzierung der IT-Kosten. Zu den geschäftlichen Anwendungsfällen, die den Wert von Cloud Computing voraussichtlich steigern werden, gehören Big-Data-Analysen, das Internet der Dinge(IoT) und Automatisierung.

Die Cloud-Computing-Architektur integriert vier wesentliche Komponenten, um eine IT-Umgebung zu schaffen, die skalierbare Ressourcen abstrahiert, bündelt und in einer oder mehreren Cloud-Umgebungen gemeinsam nutzt.

1. Ein Frontend
2. Ein Backend
3. Ein Netzwerk
4. Eine cloudbasierte Bereitstellungsplattform

Cloud-Architekturen variieren je nach den individuellen Geschäftsfaktoren und Technologieanforderungen eines Unternehmens. Dennoch verfolgen sie alle das gleiche Ziel: die Erstellung einer Roadmap, die Anwendungs-Workloads, Cloud-Bereitstellungsmodelle, Service-Management und Designanforderungen berücksichtigt.

Die Frontend-Cloud-Architektur bezieht sich auf die Benutzer- oder Kundenseite des Cloud-Computing-Systems. Sie besteht aus grafischen Benutzeroberflächen (GUIs), Dashboards und Navigationswerkzeugen, die einen On-Demand-Zugriff auf cloudbasierte Services und Ressourcen ermöglichen. Zu den wichtigsten Komponenten gehören Software-Apps und Programme, die auf Geräten (z. B. Mobiltelefon, Laptop oder Desktop) installiert sind, um auf die Cloud-Plattform oder den Cloud-Service zuzugreifen. Beispiele für Frontend-Cloud-Architektur-Funktionen sind der Zugriff auf eine webbasierte Videokommunikationsanwendung (z. B. Zoom, Webex) über einen Laptop oder die Bestellung von Lebensmitteln über eine mobile Lieferplattform (Uber Eats, DoorDash).

Während das Frontend alle Elemente umfasst, die mit dem Kunden (z. B. dem Besucher einer E-Commerce-Website) zu tun haben, bezieht sich das Backend (oder „serverseitig“) auf die Strukturierung der Website und die Programmierung ihrer Hauptfunktionen. Es bietet die gesamte Technologie, die im Hintergrund benötigt wird (Cloud-Server, Cloud-Datenbanken, Programmierschnittstellen (APIs) für den Zugriff auf Dateien), die vom CSP zur Unterstützung des Front-Ends verwendet werden, einschließlich des gesamten Codes, der eine Datenbank oder einen Webserver unterstützt mit einem Webbrowser oder einem mobilen Betriebssystem kommunizieren.

Zu den Backend-Komponenten der Cloud-Architektur gehören:

• Anwendungen: Back-End-Apps sind die Software oder Plattformen, die die Client-Service-Anforderungen m Front-End bereitstellen.
• Cloud-Computing-Service: Der Back-End-Service unterstützt die Cloud-Architektur und verwaltet die Zugänglichkeit von cloudbasierten Ressourcen (z. B. cloudbasierte Speicherdienste, Anwendungsentwicklungsdienste, Webdienste, Sicherheitsdienste usw.).
• Cloud-Laufzeit: Laufzeit stellt die Umgebung (Betriebssystem, Hardware, Speicher) für die Ausführung oder den Betrieb von Services bereit. Die Virtualisierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung mehrerer Laufzeiten auf demselben Server. (Lesen Sie weiter unten mehr über Virtualisierung.)
• Cloud-Speicher: Cloud-Speicher im Backend bezieht sich auf den flexiblen und skalierbaren Speicherservice und die Verwaltung von Daten, die zur Ausführung von Anwendungen gespeichert werden.
• Infrastruktur: Die Infrastruktur besteht aus allen Backend-Ressourcen oder Hardware (z. B. Server, Datenbanken, CPU (Zentraleinheit), Netzwerkgeräte wie Router und Switches, Grafikprozessoren (GPU) usw.) und der gesamten Software, die für den Betrieb und die Verwaltung von cloudbasierten Services verwendet wird. Im Zusammenhang mit Cloud Computing wird der Begriff „Infrastruktur“ manchmal mit „Cloud-Architektur“ verwechselt, es besteht jedoch ein deutlicher Unterschied. Wie ein Bauplan für den Bau eines Gebäudes dient die Cloud-Architektur als Entwurfsplan für den Aufbau einer Cloud-Infrastruktur.
• Management-Software: Middleware koordiniert die Kommunikation zwischen Front-End und Back-End in einem Cloud-Computing-System. Diese Komponente ermöglicht die Bereitstellung von Services in Echtzeit, um eine reibungslose Front-End-Benutzererfahrung zu gewährleisten.
• Sicherheitstools: Sicherheitstools bieten Back-End-Sicherheit (auch als „Service-Side Security“ bezeichnet) für potenzielle Cyberangriffe oder Systemausfälle. Virtuelle Firewalls schützen Webanwendungen, verhindern Datenverluste und gewährleisten Backups und Notfallwiederherstellung. Zu den Back-End-Komponenten gehören Protokolle für Verschlüsselung, Zugriffsbeschränkung und Authentifizierung, um Daten vor Sicherheitsverletzungen zu schützen.

Eine Internetverbindung verbindet in der Regel die Front-End- mit den Back-End-Funktionen. Ein Intranet – ein privat verwaltetes Computernetzwerk, auf das nur autorisierte Personen zugreifen können und das auf eine Institution beschränkt ist – oder eine Intercloud-Verbindung können ebenfalls das Back-End und das Front-End verbinden. Ein Cloud-Netzwerk sollte eine hohe Bandbreite und eine geringe Latenz bieten, damit Benutzer kontinuierlich auf ihre Daten und Anwendungen zugreifen können. Das Netzwerk muss außerdem flexibel sein, damit der Zugriff auf Ressourcen zwischen Servern und cloudbasierter Umgebung schnell und effizient erfolgen kann.

Weitere wichtige Netzwerkgeräte für die Cloud-Architektur sind Load Balancer, Content Delivery Networks (CDNs) und Software Defined Networking (SDN), um einen reibungslosen und sicheren Datenfluss zwischen Frontend-Benutzern und Backend-Ressourcen zu gewährleisten.

Es gibt drei Hauptarten von Cloud-Bereitstellungsmodellen (auch als Cloud-Service-Modelle bekannt): IaaS, PaaS und SaaS. Diese Modelle schließen sich nicht gegenseitig aus. Die meisten großen Unternehmen nutzen alle drei als Teil ihres Cloud-Bereitstellungs-Stacks:

• IaaS (Infrastructure-as-a-Service) bietet On-Demand-Zugriff auf in der Cloud gehostete physische und virtuelle Server, Speicher und Netzwerke – die Backend-IT-Infrastruktur für die Ausführung von Anwendungen und Workloads in der Cloud. IaaS ermöglicht es Unternehmen, Infrastrukturressourcen nach Bedarf zu vergrößern und zu verkleinern. Dieser cloudbasierte Service hilft ihnen, die hohen Kosten zu vermeiden, die mit dem Aufbau und der Verwaltung eines lokalen Rechenzentrums verbunden sind, und bietet die Kapazität, stark schwankende oder „Spitzen“-Workloads zu bewältigen.
  
  
• PaaS, oder Platform-as-a-Service, ist der On-Demand-Zugriff auf eine komplette, einsatzbereite Cloud-Computing-Plattform für die Entwicklung, Ausführung und Verwaltung von Anwendungen. PaaS kann die Migration bestehender Anwendungen in die Cloud durch Re-Platforming (Verschieben einer Anwendung in die Cloud mit Änderungen, die die Skalierbarkeit, den Lastenausgleich und andere Funktionen der Cloud besser nutzen) oder Refactoring (Neugestaltung eines Teils oder der gesamten Anwendung unter Verwendung Microservices, Containern und anderen cloudnativen Technologien).
• SaaS oder Software-as-a-Service ist der On-Demand-Zugriff auf sofort einsatzfähige, in der Cloud gehostete Anwendungssoftware (z. B. Salesforce, Mailchimp). SaaS verlagert die gesamte Softwareentwicklung und das Infrastrukturmanagement auf den Cloud-Service-Anbieter. Da die Software (Anwendung) bereits installiert und konfiguriert ist, können Benutzer den cloudbasierten Server sofort bereitstellen und die Anwendung innerhalb weniger Stunden nutzen. Diese Funktion reduziert den Zeitaufwand für die Installation und Konfiguration und beschleunigt die Bereitstellung der Software.

Laut einem Gartner-Bericht werden im Jahr 2025 fast zwei Drittel (65,9 %) der IT-Ausgaben von Unternehmen in Software-as-a-Service fließen, gegenüber 57,7 % im Jahr 2022.

Andere beliebte Servicelösungen sind die folgenden:

• Serverless Computing (oder Serverless): Serverless ist ein Modell für die Entwicklung und Ausführung von Cloud-Anwendungen, mit dem Entwickler Code erstellen und ausführen können, ohne Server oder Backend-Infrastruktur bereitstellen oder verwalten zu müssen.
  
  
• Business-Process-as-a-Service (BPaaS)  BPaaS ist eine Plattform für das Outsourcing von Geschäftsprozessen, die IaaS-, PaaS- und SaaS-Dienste kombiniert.
  
  
• Function-as-a-Service (FaaS) FaaS ist eine Teilmenge von SaaS, bei der der Anwendungscode nur als Reaktion auf bestimmte Ereignisse oder Anfragen ausgeführt wird. FaaS erleichtert DevOps und anderen Teams das Ausführen und Verwalten von Microservices-Anwendungen.

Im Folgenden finden Sie einige der wichtigsten Technologien für die Entwicklung einer Cloud-Architektur.

Es gibt vier Hauptmodelle für die Bereitstellung von Cloud-Services, die jeweils einzigartige Funktionen für die Ausführung von Workloads und die Optimierung des Geschäftswerts bieten.

Eine Public Cloud ist ein Computermodell, bei dem ein Cloud-Service-Provider den Benutzern über das öffentliche Internet Rechenressourcen (z. B. Softwareanwendungen, Entwicklungsplattformen, VMs, Bare Metal Server usw.) zur Verfügung stellt. CSPs verkaufen diese Ressourcen auf Abonnementbasis oder nach dem Pay-per-Use-Preismodell.

Public Clouds sind Multi-Tenant, d. h. die Benutzer teilen sich einen Pool virtueller Ressourcen, die automatisch für einzelne Mandanten bereitgestellt und diesen über eine Self-Service-Schnittstelle zugewiesen werden. Diese Funktion ermöglicht es Providern, die Auslastung ihrer Rechenzentrums-Hardware und -Infrastruktur zu maximieren und Cloud-Kunden so Services zu möglichst geringen Kosten mit Zugriff von überall anzubieten.

Eine Private Cloud ist eine Single-Tenant-Cloud-Computing-Umgebung, in der alle Ressourcen isoliert und exklusiv für ein Unternehmen betrieben werden. Private Cloud vereint mehrere Vorteile des Cloud Computing mit der Sicherheit und Kontrolle einer lokalen IT-Infrastruktur. Unternehmen, die beispielsweise strenge gesetzliche Auflagen erfüllen müssen, wie etwa im Gesundheitswesen oder im Finanzsektor, können für ihre sensiblen Daten private Clouds mit maßgeschneiderten Sicherheitsmaßnahmen wie Firewalls, Virtual Private Networks (VPNs), Datenverschlüsselung und API-Schlüsseln nutzen.

Eine Hybrid Cloud kombiniert Public Cloud, Private Cloud und On-Premises-Infrastruktur (On-Prem) zu einer einzigen IT-Infrastruktur, damit Unternehmen das Beste aus allen Computerumgebungen herausholen können, um ihre Geschäftsanforderungen zu erfüllen. Unternehmen bevorzugen ein Hybrid Cloud-Modell aufgrund seiner Agilität beim Verschieben von Anwendungen und Workloads zwischen Cloud-Umgebungen, je nach technologischen oder geschäftlichen Zielen.

Ein Unternehmen, das beispielsweise Bedenken hinsichtlich sensibler Daten (wie geistiges Eigentum, personenbezogene Daten (PII), medizinische Aufzeichnungen usw.) hat, kann diese in einer Private Cloud speichern. Für andere Workloads, wie z. B. Webhosting oder Content-Hosting, können Unternehmen eine Public-Cloud-Umgebung wählen, um Kosten zu sparen und Ressourcen je nach Nutzeraufkommen hoch- und runterzufahren (z. B. während einer Social-Media-Kampagne zur Bewerbung eines neuen Produkts hochfahren).

Laut dem IBM Transformation Index: State of Cloud haben sich mehr als 77 % der Geschäfts- und IT-Experten für einen Hybrid-Cloud-Ansatz entschieden.

Heutzutage kombinieren die meisten Unternehmen eine Hybrid Cloud mit einer Multicloud-Umgebung. Eine Multicloud-Umgebung ist ein Cloud-Computing-Modell, das mehrere Cloud-Services von mehr als einem Anbieter innerhalb derselben IT-Infrastruktur vereint. In Kombination erstellen Hybrid- und Multicloud-Modelle eine hybride Multicloud-Umgebung, die Unternehmen die Flexibilität bietet, das Beste aus beiden Cloud-Computing-Welten für die Migration, den Aufbau und die Optimierung von Anwendungen über mehrere Clouds hinweg zu nutzen.

Hybride Multicloud-Umgebungen bieten nicht nur die Kontrolle und Flexibilität bei der Auswahl des kostengünstigsten Cloud-Service, sondern auch die höchste Kontrolle darüber, wo Unternehmen ihre Workloads bereitstellen und skalieren können (z. B. durch die Bereitstellung näher an Edge-Umgebungen), was die Leistung weiter verbessert. Jeder Cloud-Provider bietet seine einzigartigen Services an. Unternehmen können eine Kombination aus Netzwerk-, Speicher- und Cloud-Lösungen verschiedener Cloud-Provider individuell anpassen, um die besten Branchenlösungen zu finden. Ein Unternehmen kann beispielsweise IBM Cloud für seine fortschrittlichen Daten- und KI-Funktionen, Microsoft Azure für seine Compliance- und Sicherheitsfunktionen und Google Cloud für seine globale Netzwerkreichweite nutzen.

Eine Cloud Computing-Umgebung ist komplex, und die Bewertung aller mit einer Cloud-Architektur verbundenen Lösungen kann entmutigend sein. Unternehmen, die ihre Anwendungen in die Cloud verlagern und cloudbasierte Services bereitstellen möchten, beauftragen häufig einen Cloud-Architekten – einen IT-Spezialisten, der einen Plan für die Entwicklung, Ausführung, Verwaltung und Überwachung ihrer Cloud-Architektur überwacht und koordiniert. Dieser Technologieexperte arbeitet mit Führungskräften und anderen IT-Teammitgliedern zusammen, um cloudbasierte Lösungen zu prüfen und die beste Strategie zu entwickeln, die mit den allgemeinen Geschäftszielen übereinstimmt.

Im Idealfall hilft ein Cloud-Architekt bei der Ausarbeitung eines kosteneffizienten, maßgeschneiderten, unternehmensfähigen Plans, der Infrastruktur- und Plattformstrategie, erhöhte Sicherheit und Cyber-Resilienz sowie Managementmodelle integriert. In der Regel hat ein Cloud-Architekt eine oder mehrere Zertifizierungen erworben, die seine Fähigkeiten und sein Fachwissen in Bezug auf bestimmte Cloud-Plattformen belegen. Alle großen CSPs – IBM Cloud, Microsoft Azure, AWS, Google Cloud und weitere – bieten Zertifizierungen in Cloud-Architektur an.

Ein klar definiertes Cloud-Architektur-Framework sollte Best Practices und Richtlinien enthalten, die Architekten bei der Erstellung von Cloud-Lösungen unterstützen, die resilient, leistungsstark und sicher sind. Best Practices sollten Folgendes umfassen:

• Automatische Abläufe zur Kostensenkung und zur Unterstützung der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Sicherheit der Lösung.
• Berücksichtigung der Datengravitation – dem Konzept, dass Daten ihre eigene Masse und Kraft haben. Je größer die Datenmenge, desto größer der Aufwand, sie zu bewegen, was sich in der Regel in mehr Zeit, Kosten und Rechenleistung niederschlägt. Implementieren von Lösungen, die die Datenverarbeitung dorthin verlagern, wo die Daten gespeichert sind, um Betriebskosten und Komplexität zu reduzieren.
• Wählen Sie die beste Plattform für jede Workload aus, um von den Funktionen der Plattform zu profitieren und die Service-Levels und die Betriebseigenschaften der Workload zu optimieren.

Mit einer maßgeschneiderten Cloud-Architektur können Sie eine leistungsstarke, kostensparende Strategie mit weitreichenden Vorteilen entwickeln.