Was ist Cloud-Infrastruktur

Cloud-Service-Anbieter (CSPs), einschließlich Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure und IBM Cloud, verwalten diese Ressourcen in globalen Rechenzentren, bieten On-Demand-Zugriff und ermöglichen es Benutzern, ihre Ressourcen nach Bedarf zu skalieren und zu verkleinern. Diese Zentralisierung bietet Unternehmen Flexibilität, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz im Vergleich zu Investitionen in lokale Hardware.

Ein grundlegendes Merkmal von Cloud Computing ist die Virtualisierung der IT-Infrastruktur, einschließlich Server, Netzwerkkomponenten und Speicher. Bei der Virtualisierung werden physische Server, die von einem Cloud-Service-Anbieter (CSP) an zahlreichen Standorten verwaltet werden, miteinander verbunden und anschließend Ressourcen aufgeteilt und abstrahiert, um sie für Endbenutzer überall dort zugänglich zu machen, wo eine Internetverbindung besteht. 

Das Herzstück der Virtualisierung ist die Hypervisor-Software. Diese Technologie erstellt eine Abstraktionsebene, die es ermöglicht, mehrere virtuelle Maschinen (VMs) mit ihren eigenen Betriebssystemen (OS) auf einem Server auszuführen. Der Hypervisor bündelt und weist Rechenressourcen nach Bedarf für die VM zu. VMware hält mit ca. 42,77 % den größten Marktanteil auf der Plattform für Virtualisierung,

Eine weitere Kerntechnologie, die mit moderner Cloud-Infrastruktur verbunden ist, sind Microservices (oder Microservice-Architekturen), der cloudnative architektonische Ansatz, bei dem eine einzelne Anwendung viele lose gekoppelte und unabhängig voneinander einsetzbare kleinere Komponenten oder Dienste umfasst.

Cloudnative Anwendungen werden in Containern bereitgestellt. Dabei handelt es sich um ausführbare Softwareeinheiten, die den Anwendungscode zusammen mit seinen Bibliotheken und Abhängigkeiten verpacken. Container-Orchestrierungstools wie die Open-Source-Lösung Kubernetes planen dann die automatisierte Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung dieser Anwendungen in allen Cloud-Umgebungen.

Die Infrastruktur für die Cloud-Technologie besteht aus Hardware- und Softwarekomponenten, die zusammenarbeiten, um die für Cloud Computing erforderliche Skalierbarkeit, Flexibilität und Zugänglichkeit zu bieten.

Eine Cloud-Infrastrukturumgebung besteht aus den folgenden wichtigen Hardware- und Software-Komponenten:

• Server

• Speicher

• Netzwerk

• Software

Ein Server in der Cloud ist eine physische oder virtuelle Infrastruktur, die Anwendungen bereitstellt, Informationen verarbeitet und Datenspeicher bereitstellt. Diese leistungsstarken Ressourcen sind für bestimmte Workloads optimiert, einschließlich künstlicher Intelligenz (KI), maschinellem Lernen (ML), Big Data und High Performance Computing (HPC).

Je nach Bedarf eines Unternehmens kann ein Cloud-Server physisch (Bare Metal) oder virtuell sein oder eine Mischung aus beidem sein. Zum Beispiel eignen sich Bare Metal Server im Allgemeinen am besten für datenintensive Workloads, während virtuelle Server besser für stark variable Workloads geeignet sind.

Cloud-Speicher basiert auf Servern, um Daten in CSP-eigenen Rechenzentren zu speichern. Bei den meisten dieser Server handelt es sich um VMs, die auf einem physischen Server gehostet werden. Cloud-Speicher bieten Elastizität, die es Benutzern ermöglicht, die Kapazität zu skalieren, wenn das Datenvolumen ansteigt, oder die Kapazität bei Bedarf zu reduzieren. 

Benutzer stellen über das Internet oder eine dedizierte private Verbindung eine Verbindung zu einer Speicher-Cloud her, indem sie ein Webportal, eine Website oder eine mobile App verwenden, die über eine API kommuniziert. Der Verbindungsserver leitet die Daten dann an einen Pool von Servern in einem oder mehreren Rechenzentren weiter.

Zu den wichtigsten Arten von Speicherdiensten in der Cloud gehören Object Storage für unstrukturierte Daten, File Storage für gemeinsam genutzte Dateien und Block Storage für I/O-intensive Workloads.  

Die Netzwerk ist eine entscheidende Komponente der Cloud-Infrastruktur, da es die Kommunikation und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Cloud-Ressourcen ermöglicht. Netzwerkhardware umfasst physische Geräte wie Switches, Router und anderes Equipment.

In Cloud-Umgebungen werden Equipment häufig über physische Ressourcen virtualisiert. Virtuelle Switches verwalten beispielsweise den Datenverkehr zwischen virtuellen Maschinen und sorgen so für eine nahtlose Kommunikation. Darüber hinaus verteilen virtualisierte Load Balancer den eingehenden Datenverkehr auf die Server, um die Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern, während virtuelle Firewalls den Netzwerkverkehr kontrollieren, um Cloud-Ressourcen zu schützen.

Die Cloud-Infrastruktur verwendet Wide Area Networks (WANs), um geografisch verteilte Ressourcen und lokale Netzwerke (LANs) oder virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) innerhalb der Cloud-Umgebung zu verbinden und damit virtuelle Netzwerke zu erstellen und zu verwalten. Heute basieren viele Cloud-Infrastrukturumgebungen auch auf Software Defined Networking (SDN), das eine zentrale, softwaregesteuerte Verwaltung von Netzwerkressourcen ermöglicht.

Softwaretools zum Cloud Management bieten eine zentrale Anlaufstelle für die Überwachung und Verwaltung von Cloud-Ressourcen und die Kostenoptimierung. Tools wie ein Dashboard oder eine Plattform bilden eine zentrale Glasscheibe (SPOG), die für Transparenz sorgt und Informationen vereinheitlicht. Diese Funktion hilft Benutzern, fundiertere Entscheidungen in Bezug auf Leistung, Bestand und Protokollierung zu treffen.

Software Automatisierung -Tools bieten auch Cloud-Sicherheit und Compliance-Lösungen, die die Privatsphäre bezüglich sensibler Daten und Cloud-Service-Schwachstellen berücksichtigen. Diese Tools tragen dazu bei, dass die Sicherheitsprotokolle stets aktuell sind und neue Bedrohungen wirksam abwehren. Lösungen für das Identity und Access Management (IAM) umfassen beispielsweise die Bereitstellung, Authentifizierung, Autorisierung und das Zugriffsmanagement. 

Darüber hinaus hilft Software zur Kontrolle der Cloud-Kosten dabei, kritische Aktionen kontinuierlich in Echtzeit und ohne menschliches Eingreifen zu automatisieren und so die effizienteste Zuweisung der Rechenleistung, des Speichers und der Ressourcen eines Unternehmens zu ermöglichen.

Ein Cloud-Bereitstellungsmodell definiert, wie auf Cloud-Ressourcen zugegriffen, diese verwaltet und bereitgestellt werden, mit Optionen, die folgenden umfassen:

• Öffentliche Cloud

• Private Cloud

• Hybrid Cloud

• Multicloud

• Hybride Multicloud-Umgebung

In einem Public Cloud Modell bietet ein Cloud-Provider seinen Nutzern Ressourcen wie Software, virtuelle Maschinen und Infrastruktur über das Internet an, auf Abruf und mit flexibler Preisgestaltung. Der Anbieter verwaltet und besitzt die gesamte Hardware und sonstige Infrastruktur.

Diese Umgebung mit mehreren Mandanten ermöglicht es Benutzern, einen Pool virtueller Ressourcen gemeinsam zu teilen, die automatisch über eine Self-Service bereitgestellt und diesen zugewiesen werden. Die Public Cloud ist für ihre Skalierbarkeit, Kosteneffizienz und die Möglichkeit, die Infrastruktur vor Ort zu minimieren, beliebt.

Eine Private Cloud ist eine Single-Tenant-Umgebung, die alle Ressourcen und Infrastruktur einer Unternehmen widmet und die Vorteile von Cloud Computing mit der Kontrolle und Sicherheit lokaler Systeme kombiniert. Es wird häufig von großen Unternehmen oder solchen mit strengen Datenschutzanforderungen verwendet und kann entweder vor Ort oder von einem Drittanbieter gehostet werden.

Es ist erwähnenswert, dass sich eine Private Cloud von einer Virtual Private Cloud (VPC) unterscheidet. Eine Private Cloud wird von einem Unternehmen verwaltet, während eine VPC ein Service von einem CSP ist, der eine Private Cloud-ähnliche Umgebung auf einer Public-Cloud-Infrastruktur schafft.

Die Hybrid-Cloud-Infrastruktur ist eine Mischung aus öffentlichen, privaten und lokalen Umgebungen und ermöglicht es Unternehmen, ihre Workloads je nach Geschäftsanforderungen zwischen verschiedenen Cloud-Lösungsmodellen zu verschieben. Dieser Ansatz bietet Flexibilität und Kosteneffizienz und ermöglicht es Unternehmen, spezifische Anforderungen, wie z. B. Sicherheit oder Leistung, für verschiedene Workloads zu erfüllen.

Eine Analyse des IBM Institute of Business Value von mehr als 50 Unternehmenskunden zeigt eine dreimal höhere Investitionsrendite (ROI) aus IT-Programmen über einen Zeitraum von fünf Jahren, wenn Unternehmen Hybrid-by-Design-Prinzipien anwenden.

Das Multicloud-Modell beinhaltet die Nutzung mehrerer Cloud-Services von verschiedenen Anbietern. Es bietet Unternehmen die Freiheit, die besten verfügbaren Technologien auszuwählen, die Bindung an einen bestimmten Anbieter zu vermeiden und ein breiteres Spektrum an Funktionen und Diensten zu gewährleisten. Außerdem trägt es dazu bei, Risiken in Bezug auf Sicherheit, Kompatibilität und Compliance zu mindern.

Heutzutage setzt die Mehrheit der Organisationen auf eine hybride Multicloud-Umgebung. Dieses Modell bietet Unternehmen nicht nur die Flexibilität bei der Auswahl der optimalsten und kostengünstigsten Cloud-Services, sondern gibt Unternehmen auch eine bessere Kontrolle über die Workload-Verteilung, wodurch sie ihre Effizienz steigern, ihre Leistung steigern und Kosten senken können.

Es gibt drei Haupttypen von Cloudbereitstellungsmodellen (oder Servicemodellen), die häufig zusammen verwendet werden:

• Infrastructure as a Service (IaaS)

• Platform as a Service (PaaS)

• Software as a Service (SaaS)

Abgesehen von den drei Hauptservicemodellen gibt es noch weitere beliebte Servicemodelle:

• Serverloses Computing (Serverlos)

• Function as a Service (FaaS)

Infrastructure as a Service (IaaS) bietet On-Demand-Zugriff auf Ressourcen (z. B. Server, Speicher, Netzwerke), um Anwendungsworkloads in der Cloud zu unterstützen. IaaS hilft Unternehmen bei der Skalierung ihrer Infrastruktur ohne die hohen Kosten für die Wartung von lokalen Rechenzentren.

Eine Platform-as-a-Service (PaaS) ist eine komplette Cloud-Plattform für die Entwicklung, Ausführung und Verwaltung von Anwendungen. PaaS-Plattformen bieten Zugriff auf Betriebssysteme, Middleware, Datenbanken und Entwicklungswerkzeuge. Diese Funktion ermöglicht es Unternehmen, Anwendungen in der Cloud zu erstellen, zu testen und bereitzustellen, anstatt in die für den Betrieb erforderliche physische Infrastruktur zu investieren.

PaaS vereinfacht den Prozess der Migration von Anwendungen in die Cloud, entweder durch Replatforming (Änderung von Anwendungen, um Cloud-Vorteile zu erzielen) oder Refactoring (Neuerstellung von Anwendungen mit cloudnativen Technologien wie Microservices und Containern).

Software as a Service (SaaS) bietet gebrauchsfertige, in der Cloud gehostete Anwendungen (z. B. Zoom, Slack). Mit SaaS entfällt die Notwendigkeit eines Unternehmens für Softwareentwicklung und Infrastrukturmanagement, da der Cloud-Service-Provider die Installation, Konfiguration und Wartung übernimmt.

Serverlos ist ein Computing-Modell, das alle Infrastrukturmanagement-Aufgaben im Backend wie Bereitstellung, Skalierung, Planung und Patchen auslagert. Serverloses Computing ermöglicht es Softwareentwicklern, sich mehr auf den Code und die Geschäftslogik zu konzentrieren, die für ihre Anwendungen spezifisch sind.

Function-as-a-Service (FaaS) ist eine Teilmenge von SaaS, bei der der Anwendungscode nur als Reaktion auf bestimmte Ereignisse oder Anfragen ausgeführt wird. Mit FaaS wird alles außer dem Code – die physische Hardware, das Betriebssystem der virtuellen Maschine und die Verwaltung der Web-Server-Software – vom Cloud-Service-Provider automatisch und in Echtzeit bereitgestellt, während der Code ausgeführt wird, und nach Abschluss der Ausführung wieder heruntergefahren. Die Abrechnung beginnt, wenn die Ausführung beginnt, und endet, wenn die Ausführung beendet wird.

Der Begriff Cloud-Infrastruktur wird manchmal mit Cloud-Architektur verwechselt, aber es gibt einen deutlichen Unterschied. Wie ein Blueprint für den Bau eines Gebäudes dient die Cloud als Entwurfsplan für die Implementierung der Cloud-Infrastruktur und die Bereitstellung von Apps und Services. Im Gegensatz dazu bezieht sich Cloud-Infrastruktur auf die physischen und virtuellen Ressourcen (z. B. Server, Speicher und Netzwerkdienste), die die Cloud-Infrastruktur unterstützen.

Cloud-Architekten sind zum Beispiel IT-Experten, die die Cloud-Computing-Strategie eines Unternehmens überwachen und an der Entwicklung von Plänen zur Cloud-Einführung und der Überwachung von Initiativen zur Cloud-Migration arbeiten. Zu ihren Aufgaben gehört die Cloud-Bereitstellung, also der Prozess der Einrichtung dieser kritischen Komponenten zusammen mit den Cloud-Ressourcen, Anwendungen und Services, um eine voll funktionsfähige Cloud-Umgebung zu schaffen. Sie arbeiten auch daran, die Cloud-Infrastruktur mit der Architekturstrategie abzustimmen, um die allgemeinen Geschäftsanforderungen zu erfüllen, einschließlich Leistung und Kosteneffizienz.

Die Cloud-Infrastruktur bietet zahlreiche Vorteile und macht sie zu einer gefragten Lösung für Unternehmen, die ihren IT-Betrieb optimieren und Innovationen vorantreiben möchten:

• Reliabilität

• Agilität und Geschwindigkeit

• Skalierbarkeit

• Elastizität

• Kostenoptimierung

• Geschäftskontinuität und Notfallwiederherstellung