Was ist Infrastructure as a Service (IaaS)?

Mit IaaS können Nutzer ihre Ressourcen nach Bedarf skalieren, vor allem bei „sprunghaften“ Arbeitslasten, und so die Notwendigkeit hoher Anfangsinvestitionen und die Komplexität reduzieren, die mit dem Kauf, der Einrichtung und der Wartung einer On-Premises-Infrastruktur einhergeht. Start-ups, Großunternehmen und Unternehmen mit Hochleistungs-Workloads entscheiden sich wegen der kostengünstigen, flexiblen und skalierbaren IT-Infrastruktur für IaaS.

IaaS entwickelte sich ab der Einführung von Amazon Compute Cloud (EC2) im Jahr 2006 zu einem Computing-Modell, das Unternehmen den Zugriff auf virtualisierte Computing-Ressourcen ermöglichte. Seitdem wurde IaaS zum Standard-Abstraktionsmodell für viele Arten von Workloads.

Bei einem IaaS-Modell wartet und verwaltet ein Cloud Service Provider (CSP) (Amazon Web Services (AWS), Google Cloud, Microsoft Azure, IBM Cloud oder Oracle Cloud) die physischen Infrastrukturkomponenten (Server, Patching, Netzwerkhardware). Gleichzeitig behält ein Unternehmen die Kontrolle über die Installation, Konfiguration und Verwaltung seiner Softwareanwendungen.

Für den IaaS-Markt wird in den nächsten Jahren ein rasantes Wachstum prognostiziert, das bis 2031 ca. 562,53 Milliarden US-Dollar erreichen wird, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 33,50 % von 2024 bis 2031. ¹

Im folgenden Video erklärt Bradley Knapp die Grundlagen von IaaS:

Infrastructure as a Service (IaaS) umfasst eine Auswahl an physischen und virtualisierten Ressourcen, die den Kunden die grundlegenden Bausteine für den Betrieb von Anwendungen und Workloads in der Cloud zur Verfügung stellen. IaaS-Anbieter hosten Ressourcen wie die für den Betrieb der verschiedenen Abstraktionsschichten erforderlichen physischen Server in großen globalen Rechenzentren.

Die Technologie der Virtualisierung macht IaaS möglich, indem mehrere Virtual Machines erstellt werden – jede mit ihrem eigenen Betriebssystem (OS) und ihren eigenen Anwendungen – auf einem einzigen physischen Computer zu erstellen. Dadurch können Dutzende von Anwendungen und Workloads erfolgreich ausgeführt und skaliert werden. Der Cloud-Service-Anbieter verwaltet die Hypervisors, auch bekannt als Virtual Machine Monitors (VMMs), die VMs logisch voneinander trennen und jeder einen eigenen Anteil der zugrunde liegenden Rechenleistung, des Arbeitsspeichers und des Speichers zuweisen. Benutzer können dann virtuelle „Instanzen” mit der gewünschten Menge an Rechenleistung, Arbeitsspeicher und Speicher bereitstellen. 

Die Bereitstellung von Virtual Machines und anderen virtualisierten Infrastrukturen hängt stark von der Erstellung und Implementierung automatisierter Prozesse und Software anstelle zeitaufwändiger manueller Aktivitäten ab. Die Automatisierung des Infrastrukturmanagements vereinfacht Aufgaben wie das Konfigurationsmanagement, die Bereitstellung und den Einsatz. Je nach Geschäftsanforderungen kann IaaS mit automatisierten Diensten und Upgrades wie automatischer Skalierung, Lastverteilung, Backup und Disaster Recovery sowie Leistungsüberwachung kombiniert werden, um die Verfügbarkeit von Anwendungen zu optimieren und eine positive Benutzererfahrung zu bieten.

IaaS Compute umfasst zentrale Recheneinheiten (Central Processing Units, CPU) in Servern, die Webanfragen verarbeiten und Anwendungen ausführen. Dazu gehören auch grafische Verarbeitungseinheiten (Graphical Processing Units, GPU), die Hochleistungs-Workloads verarbeiten, und interner Speicher (RAM). Nutzer können Rechenressourcen über virtuelle Maschinen anfordern, die auch als Virtual Server oder Bare Metal Server bezeichnet werden.

Virtual Server sind softwarebasierte Server, auf denen mehrere Virtual Machines (VMs) gleichzeitig auf einem einzigen physischen „Bare Metal”-Server laufen können.

Virtual Servers basieren auf Hypervisoren, die als Schicht zwischen der physischen Hardware und mehreren einzelnen virtuellen Umgebungen fungieren. In jeder dieser virtuellen Umgebungen kann ein eigenes Betriebssystem laufen (z. B. Microsoft Windows, Linux oder Ubuntu).

Unternehmen entscheiden sich häufig für Virtual Servers, um Workloads für kurze Zeiträume auszuführen (z. B. für Entwicklungstests, Backup und Wiederherstellung). Zu den Vorteilen der Servervirtualisierung gehören eine bessere Ressourcenauslastung, niedrigere Kosten, eine schnellere Bereitstellung und mehr.

Während sowohl Virtual Servers als auch Bare Metal Servers auf Bare-Metal-Hardware laufen, funktionieren sie unterschiedlich.

Bare Metal Servers als Cloud-Service sind physische Maschinen, die einem einzigen Mandanten vorbehalten sind, der die vollständige Kontrolle über die physische Maschine erhält. Bare Metal as a Service (BMaaS) ermöglicht es dem Nutzer, sein Betriebssystem auszuwählen, die lauten Nachbarschaftsprobleme einer gemeinsam genutzten Cloud-Computing-Infrastruktur zu vermeiden und die Hardware und Software für bestimmte, häufig datenintensive Workloads fein abzustimmen. Während ein herkömmlicher Bare Metal Server nicht mit einem vorinstallierten Hypervisor ausgerüstet ist, kann diese Softwareebene zur Virtualisierung des Servers für optimale Leistung hinzugefügt werden.

Die meisten Unternehmen nutzen in ihrem Cloud-Ökosystem eine Mischung aus dedizierten oder Bare Metal- und Virtual Servern. Unternehmen entscheiden sich in der Regel für Bare Metal Server und nicht für virtuelle Serverinstanzen, wenn sie Zugriff auf die Hardware benötigen, um einen Hypervisor zu betreiben. Bare Metal Server eignen sich gut für große, konstante Workloads (z. B. E-Commerce und CRM) oder Anwendungen mit komplexen Sicherheits- oder Regulierungsanforderungen (z. B. im Finanz- und Gesundheitswesen).

IaaS basiert auf softwaredefiniertem Networking (SDN), bei dem APIs die Netzwerkhardware (z. B. Router, Switches, Firewalls und Load Balancer) zur Verfügung stellen. IaaS-Modelle virtualisieren die Netzwerkfunktionen dieser Hardware, und Kunden können von überall über das öffentliche Internet oder über ein virtuelles privates Netzwerk (VPN) auf IaaS-Dienste zugreifen.

IaaS bietet drei Arten von Cloud-Speicher:

• Block Storage: Block Storage ist eine Technologie zur Speicherung von Datendateien auf Storage Area Networks (SANs) oder cloudbasierten Speicherumgebungen. Entwickler bevorzugen Block Storage für Computersituationen, die einen schnellen, effizienten und zuverlässigen Datentransport erfordern.

• File Storage: File Storage, auch File Storage-Hosting genannt, ermöglicht es mehreren Benutzern, dieselben Dateidaten gemeinsam zu nutzen. Bei IaaS-Instanzen speichern Unternehmen Datendateien außerhalb des Standorts in den Rechenzentren von Cloud-Anbietern und greifen über das Internet darauf zu (anstatt sie lokal auf einem NAS-Gerät zu speichern). 

• Object Storage: Object Storage ist eine Datenspeicherarchitektur, die sich ideal für die Speicherung, Archivierung, Sicherung und Verwaltung statischer unstrukturierter Daten eignet – zuverlässig, effizient und kostengünstig. Es ist die häufigste Art von Cloud-Speicher. 

IaaS umfasst Unterstützung für die Containerisierung, d. h. das Verpacken von Softwarecode mit nur den Betriebssystembibliotheken und Abhängigkeiten, die zum Ausführen des Codes erforderlich sind, um eine einzelne, einfache, ausführbare Datei – einen Container – zu erstellen, die konsistent auf jeder Infrastruktur ausgeführt wird. Container sind mobiler und ressourceneffizienter als Virtual Machines und wurden zu den de facto Computing-Einheiten moderner cloudnativer Anwendungen. 

In vielen Fällen ersetzten Container virtuelle Maschinen als Standardeinheit für die Bereitstellung von Prozessen oder Diensten. Container-Orchestrierungstools wie Kubernetes automatisieren die Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von containerisierten Anwendungen. IaaS-Modelle stellen die erforderlichen Ressourcen bereit, um Kubernetes und containerisierte Anwendungen bei Bedarf nach Geschäftsanforderungen zu skalieren.

Drittanbieter von Cloud-Diensten halten sich durch ein Modell der gemeinsamen Verantwortung an die Richtlinien für Cloud-Sicherheit und Compliance. Im Wesentlichen verwaltet der Cloud-Service-Provider die physische Sicherheit von Rechenzentren (Kameras, Sicherheitspersonal) und der zugrunde liegenden Infrastruktur (Rechenleistung, Speicher, physisches Netzwerk).

Gleichzeitig ist der Cloud-Kunde für die Sicherung seiner Workloads, Anwendungen und Daten verantwortlich. Der Cloud-Anbieter bietet dem Kunden die Möglichkeit, Virtual Machines zu verschlüsseln und andere Methoden zum Schutz von Kundendaten und zur Reduzierung des Risikos von Cyberangriffen einzusetzen.

Das IaaS-Cloud-Modell steht für universelle Rechenressourcen und kann daher Anwendungsfälle aller Art unterstützen.

• Entwicklung und Tests

• Backup und Notfallwiederherstellung

• Website-Hosting

• Big-Data-Analyse

• High-Performance-Computing (HPC)

• Einführung von hybriden Multicloud-Umgebungen

• Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML)
  
  

IaaS bietet eine ideale Test- und Entwicklungsumgebung, die schneller eingerichtet werden kann als eine lokale Umgebung. Diese Funktion bietet DevOps und anderen Teams die Flexibilität, Entwicklungs-/Testumgebungen schnell hoch- oder herunterzuskalieren, damit Unternehmen neue Apps schneller auf den Markt bringen können.

IaaS bietet cloudbasierte Lösungen für Backup und Notfallwiederherstellung, mit denen Unternehmen ihre Systeme und Daten in der Cloud replizieren und sichern können. So können Unternehmen beispielsweise Anwendungen auf mehreren Servern duplizieren. Wenn ein Server ausfällt, übernimmt ein anderer und stellt so die Geschäftskontinuität sicher.

IaaS bietet eine kostengünstige Möglichkeit, kundenorientierte Websites und Webanwendungen zu hosten, die sicher und skalierbar sind und zur Optimierung der Benutzererfahrung angepasst werden können.

Angetrieben von modernster Technologie wie künstlicher Intelligenz (KI) und dem Internet der Dinge (IoT), umfasst die Big-Data-Analyse den Einsatz fortschrittlicher Analysetechniken für umfangreiche, vielfältige Big Data. IaaS unterstützt die enorme Rechenleistung, die erforderlich ist, um riesige Datenmengen zu analysieren und die besten Erkenntnisse zu liefern.

Im Vergleich zu einer herkömmlichen lokalen Infrastruktur bietet IaaS eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit zur Unterstützung von High Performance Computing (HPC). HPC nutzt Supercomputer und Computercluster, um komplexe Rechenprobleme zu lösen, die den menschlichen Wissensstand erweitern und erhebliche Wettbewerbsvorteile schaffen (z. B. DNA-Sequenzierung, Automatisierung des Aktienhandels).

Ein Hybrid-Cloud-Ansatz kombiniert und vereint Public Cloud, Private Cloud und On-Premises-Infrastruktur zu einer einzigen, flexiblen und kostenoptimalen IT-Infrastruktur. Heutzutage wird die Hybrid Cloud mit einem Multi-Cloud-Ansatz kombiniert, mit dem Unternehmen die besten Cloud-Services verschiedener Cloud-Anbieter auswählen und die Bindung an einen Anbieter vermeiden können.

IaaS spielt eine wesentliche Rolle in der hybriden Multicloud-Strategie und bietet die Flexibilität, Ressourcen in Hybrid Cloud-Umgebungen je nach Geschäftsanforderungen bereitzustellen. IaaS unterstützt beispielsweise die „Lift-and-Shift”-Migration, bei der eine Anwendung von einer lokalen Umgebung in die Rechen-, Speicher- und Netzwerkinfrastruktur im Rechenzentrum eines Cloud-Providers verschoben wird.

IaaS-Plattformen ermöglichen Unternehmen, KI- und maschinelles Lernen-Funktionen zu nutzen. Mit IaaS können Data Scientists und Entwickler beispielsweise ML-Modelle erstellen, trainieren und einsetzen, indem sie vollständig verwaltete Infrastrukturen, Tools und Workflows nutzen. IaaS bietet darüber hinaus die Rechenleistung und die zugrunde liegenden Infrastruktur-Support-Foundation-Models, die zum Aufbau und zur Skalierung von Anwendungen mit generativer KI verwendet werden.

Die Bezeichnung „as a Service” bezieht sich in der Regel auf einen Cloud-Computing-Dienst, bei dem ein Cloud-Provider Dienste für ein Unternehmen verwaltet. Neben „Platform as a Service” (PaaS) und „Software as a Service” (SaaS) gehört IaaS zu den drei beliebtesten Cloud-Service-Modellen. Diese Kategorien von Cloud-Computing-Diensten schließen sich nicht gegenseitig aus. Die meisten Unternehmen nutzen mehr als einen und die meisten großen Unternehmen nutzen alle drei verwalteten Cloud-Dienste als Teil ihres Cloud-Stacks, der von Cloud-Dienstanbietern angeboten wird.

IaaS, PaaS und SaaS basieren auf Multi-Tenant-Ressourcen – ein einzelner physischer Computer oder eine VM wird von mehreren Benutzern oder Unternehmenskunden gemeinsam genutzt. Cloud-Service-Provider bieten in der Regel Multi-Tenant-Hosting-Lösungen als kostengünstigere Alternative zu Single-Tenant oder dedizierten Hosting-Lösungen an.

In einer traditionellen IT-Umgebung ist der Benutzer für die Verwaltung des gesamten Stacks von Anfang bis Ende verantwortlich, von der physischen Hardware für Server und Netzwerkressourcen bis hin zu Virtualisierung, Betriebssystemen, Middleware und so weiter. IaaS, PaaS und SaaS bieten jeweils eine progressive Abstraktionsebene danach. 

Wie oben erläutert, abstrahiert IaaS die physische Rechenleistung, das Netzwerk, den Datenspeicher und die Technologie, die zur Virtualisierung dieser Ressourcen erforderlich ist. Platform as a Service (PaaS) geht noch einen Schritt weiter und abstrahiert die Verwaltung des Betriebssystems, der Middleware und der Laufzeit. PaaS bietet Kunden eine vollständige Cloud-Plattform – Hardware, Software und Infrastruktur – für die Entwicklung, Ausführung und Verwaltung von Anwendungen ohne die Kosten, Komplexität und Inflexibilität, die häufig mit dem Aufbau und der Wartung dieser Plattform in einem lokalen Rechenzentrum verbunden sind. 

Red Hat OpenShift ist ein beliebtes PaaS, das auf Docker-Containern und Kubernetes basiert.

Software as a Service (SaaS) ist eine Anwendungssoftware, die in der Cloud gehostet wird und heute als primäres Bereitstellungsmodell für die meisten kommerziellen Softwareprodukte dient. Zu den beliebten SaaS-Unternehmenslösungen gehören Enterprise Resource Planning (ERP), Projektmanagement-Software und vieles mehr.

IaaS abstrahiert zwar viele Low-Level-Komponenten, sodass sich Entwickler auf die Geschäftslogik konzentrieren können, die das Unternehmen von anderen unterscheidet – die Benutzer müssen dennoch Betriebssysteme, Middleware und Laufzeiten verwalten. Als Modell für die Anwendungsentwicklung und -ausführung bietet Serverless einen Vorteil, da Entwickler Anwendungscode erstellen und ausführen können, ohne Server oder Backend-Infrastruktur bereitstellen oder verwalten zu müssen. Und das wiederum sorgt für eine Reduzierung der Ausfallzeiten.

Der häufigste Anwendungsfall von Serverless ist heute die Unterstützung von Microservices (auch Microservice-Architektur genannt), bei der der Schwerpunkt auf der Erstellung kleiner Dienste liegt, die eine einzige Aufgabe erfüllen und über APIs miteinander kommunizieren. Microservices sind ein wichtiger Bestandteil von DevOps-Prozessen und Entwicklungstools, die Serverless unterstützen, da Entwickler keine Zeit damit verbringen müssen, die für die Integration, das Testen, die Bereitstellung und die Implementierung von Code-Builds in die Produktion erforderliche Infrastruktur zu definieren.

Mehr Sicherheit und Datenschutz innerhalb einer Public Cloud sind für viele Nutzer wünschenswert, insbesondere für Unternehmen mit sensiblen Daten oder strengen Compliance-Anforderungen (z. B. im Bereich Fintech und Gesundheitswesen). Eine Virtual Private Cloud (VPC) kann eine bessere Isolierung der Cloud-Infrastrukturressourcen bewirken, ohne dass Geschwindigkeit, Skalierbarkeit oder Funktionen beeinträchtigt werden.

Eine VPC wird auf einer mandantenfähigen öffentlichen Cloud-Architektur gehostet, wobei die Daten und Workloads jedes Kunden logisch von allen anderen Mandanten getrennt sind, um eine Umgebung zu schaffen, die einer Private Cloud ähnelt. Diese Funktion gibt Benutzern die Kontrolle über mehrere Facetten (z. B. virtuelle Firewalls, Sicherheitsgruppen, Lastverteilung). 

Wie bei allen öffentlichen Cloud-Diensten ist auch bei IaaS ein Service Level Agreement (SLA) erforderlich – ein Vertrag zwischen einem Cloud-Service-Provider und einem Kunden, in dem der zu erbringende Service, das zu erwartende Leistungsniveau, die Art und Weise der Leistungsmessung sowie die Konsequenzen bei Nichterfüllung des vereinbarten Leistungsniveaus festgelegt sind.

Die Preise für IaaS werden auf Verbrauchsbasis berechnet, d. h. die Benutzer zahlen nur für das, was sie nutzen. Zu den weiteren Preisgestaltungsmethoden gehören die folgenden: 

• Abonnements und reservierte Instanzen: Viele Anbieter bieten Kunden, die sich zu längeren Vertragslaufzeiten von in der Regel ein bis drei Jahren verpflichten, Rabatte auf den Listenpreis an.

• Monatliche Abrechnung: Monatliche Abrechnungsmodelle sind bei BMaaS häufiger gebräuchlich als bei IaaS, wo die physische Infrastruktur in der Regel gleichmäßige Workloads ohne starke Schwankungen impliziert.

• Nach Stunden/Sekunden: Die gängigste Granularität für traditionelle Cloud-Infrastrukturen, bei der den Benutzern nur das in Rechnung gestellt wird, was sie nutzen.

• Transient/Spot: Einige Anbieter bieten ungenutzte Kapazitäten über Transient-/Spot-Instanzen mit einem Rabatt an, aber diese Instanzen können zurückgefordert werden, wenn die Kapazität benötigt wird.

Zu den wichtigsten Vorteilen von IaaS zählen:

• Nutzungsabhängige Abrechnung: Im Gegensatz zur herkömmlichen IT erfordert IaaS keine Vorabinvestitionen, und den Nutzern wird nur das in Rechnung gestellt, was sie nutzen.

• Geschwindigkeit: Mit IaaS lassen sich kleine oder große Mengen an Ressourcen in wenigen Minuten bereitstellen, neue Ideen schnell testen oder bewährte Ideen noch schneller skalieren.

• Verfügbarkeit: Die Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit von Cloud-Anwendungen kann durch Faktoren wie Regionen mit mehreren Zeitzonen herkömmliche Ansätze übertreffen.

• Skalierung: Durch die scheinbar unbegrenzte Kapazität und die Möglichkeit, Ressourcen automatisch oder mit einer gewissen Überwachung zu skalieren, ist es einfach, von einer Instanz einer Anwendung oder einem Workload zu mehreren zu wechseln.

• Latenz und Leistung: Angesichts der weiten geografischen Präsenz der meisten IaaS-Anbieter ist es einfach, Apps und Dienste näher an die Benutzer zu verlagern, wodurch die Latenz verringert und die Leistung verbessert wird.