Blog Artikel 03/08/2023

Was ist Cloud-Infrastruktur? Die Grundlagen und echte Anwendungsfälle für Unternehmen

In diesem Artikel erklären wir die Grundlagen der Cloud-Infrastruktur und wie sie sich von traditionellen Serverlösungen unterscheidet. Außerdem definieren und vergleichen wir drei Arten von Clouds und erläutern ihre Funktionsprinzipien.

Was sind die Grundprinzipien einer Cloud-Infrastruktur und wie unterscheidet sie sich von Server-Infrastrukturen?

Eine Cloud-Infrastruktur ist ein System aus Hardware und Software, das Cloud Computing ermöglicht. Auf der Hardware-Ebene besteht dieses System aus den gleichen Elementen wie herkömmliche Infrastrukturlösungen: Server, Netzwerkgeräte und Datenspeicher.

Die physischen Komponenten dieser Infrastruktur werden mit Hilfe von Software zu einer Cloud kombiniert. Das wichtigste Werkzeug für den Aufbau einer Cloud ist ein sogenannter Hypervisor. Das ist ein Programm, das eine abstrakte Repräsentation der Server-Ressourcen erstellt. Auf diese Weise arbeitet der Nutzer nicht mit einzelnen Servern, sondern mit einem Pool von Rechenleistung aus dem gesamten System.

Neben dem Hypervisor benötigt eine Cloud-Infrastruktur Software, die Grundfunktionen wie einen Ressourcen-Controller, ein Netzwerk-Management-System, Authentifizierungs-Tools, eine visuelle Schnittstelle etc. bereitstellt. Ein Beispiel für eine solche Software ist OpenStack, ein modularer Satz von Tools für Cloud Computing. Um mehr über diese Software zu erfahren, lesen Sie den Artikel „OpenStack Cloud – Vor- und Nachteile“.

Der Cloud-Pool besteht aus der Summe der Eigenschaften der Server - CPU-Kerne, RAM, Speicherplatz. Aus diesem Pool erstellt der Nutzer virtuelle Maschinen (VM). Das sind abstrakte Server mit beliebiger Konfiguration. Diese Maschinen sind die grundlegenden Arbeitseinheiten in der Cloud, ähnlich wie VPS in der traditionellen Infrastruktur.

Das Prinzip der Ressourcenbündelung ist der Hauptunterschied zwischen einer Cloud-Infrastruktur und einer traditionellen Server-Infrastruktur, die Virtualisierung einsetzt. Ein regulärer virtueller Server mit einer festen Konfiguration wird auf der Grundlage einer bestimmten Maschine erstellt; die Konfiguration dieser VM ist durch die Fähigkeiten der Hardware begrenzt. Im Gegensatz dazu wird eine virtuelle Maschine in der Cloud unter Verwendung aller im System verfügbaren Ressourcen erstellt, d. h. der Rechenressourcen aller Server zusammen.

Die Cloud-Infrastruktur unterscheidet sich von der Server-Infrastruktur zudem durch ihren hohen Automatisierungsgrad. Wenn Sie eine Cloud mieten, erhalten Sie Rechenressourcen mit einer Reihe von Software-Tools. Der Aufbau einer Server-Infrastruktur beginnt mit dem Kauf von "Bare Metal" (reine, physische Hardware); Datenschutz-Tools, Netzwerkmanagement-Tools und andere Systeme müssen Sie selbst einrichten.

"Cloud- und Server-Infrastrukturen bestehen aus denselben Elementen, funktionieren aber unterschiedlich."

Welche Cloud-Infrastrukturen gibt es?

Die wichtigsten Cloud-Infrastruktur-Typen sind Public Cloud, Private Cloud und Hybrid Cloud. Diese Arten von Clouds unterscheiden sich in ihrer Architektur – den Konstruktionsprinzipien, die durch allgemeine Aufgaben bestimmt werden.

Eine Public Cloud ist eine Lösung, die Rechenressourcen für mehrere Nutzer gleichzeitig bereitstellt. Der Ressourcenpool in dieser Art von Infrastruktur muss jedem Kunden Skalierbarkeit und Ausfallsicherheit bieten, daher werden Public Clouds mit einer großen Anzahl physischer Server aufgebaut.

Eine Private Cloud wird nur von einem einzigen Kunden genutzt und ist speziell auf die Bedürfnisse eines bestimmten Unternehmens zugeschnitten. Im Gegensatz zu Public Clouds ist die Hardwarebasis einer Private Cloud physisch von der Hardware anderer Nutzer isoliert. Eine Private Cloud kann sich entweder im Rechenzentrum des Anbieters oder im lokalen Rechenzentrum in den Räumlichkeiten des Unternehmens befinden.

Eine Hybrid Cloud ist eine Infrastrukturlösung, die die Interaktion zwischen mehreren Plattformen ermöglicht. Diese Art von Infrastruktur kann beispielsweise aus einer Public Cloud und einer Private Cloud oder aus einer Cloud-Lösung und einer Server-Infrastruktur bestehen.

"Hybride Clouds sind die häufigste Wahl für Unternehmen, die eine Cloud-Infrastruktur einführen wollen."

Was sind die Hauptvorteile einer Cloud-Infrastruktur?

Der Hauptvorteil jeder Cloud-Plattform hängt von ihrer Architektur ab. Eine Private Cloud bietet beispielsweise ein höheres Maß an Datenschutz als eine Public Cloud, ist aber weniger flexibel. In diesem Abschnitt werden wir die Vorteile der verschiedenen Cloud-Typen anhand von drei Faktoren vergleichen: Flexibilität, Datensicherheit und Ausfallsicherheit.

Faktor 1: Flexibilität

Cloud-Nutzer können jederzeit eine virtuelle Maschine für eine bestimmte Aufgabe erstellen und dabei so viele Ressourcen nutzen, wie der Prozess erfordert. Diese Funktion ist für die Arbeit mit periodischen, saisonalen oder unvorhersehbaren Arbeitslasten nützlich: Eine virtuelle Maschine kann mit den integrierten Tools der Plattform in wenigen Minuten erstellt werden, sobald eine neue Aufgabe anfällt.

Bei Public Clouds hat dieser Vorteil auch einen finanziellen Aspekt. Es ist möglich, Ausgaben auf der Grundlage des Ressourcenbedarfs zu planen anstatt auf der Grundlage der benötigten Hardware. Benötigt ein Unternehmen z. B. zusätzliche Rechenleistung für einen saisonalen Anstieg der Kundennachfrage oder für ein Softwareentwicklungsprojekt, muss es keinen neuen Server kaufen. Stattdessen kann vorübergehend genau die Menge an Ressourcen hinzugebucht werden, die für die jeweilige Aufgabe benötigt wird. Auf diese Weise werden die Kosten der Cloud-Infrastruktur durch die spezifischen Ziele des Unternehmens bestimmt.

Die Funktionen einer Private Cloud werden ausschließlich für einen einzelnen Kunden bereitgestellt, so dass die Mietkosten nicht von der tatsächlichen Auslastung abhängen. Unternehmen nutzen diese Infrastruktur häufig für Prozesse mit vorhersehbarem Ressourcenbedarf. Bei der Entscheidung, eine Private Cloud zu mieten, ist es wichtig zu klären, wie viele Ressourcen ständig genutzt und wie viele als Reserve vorgehalten werden sollen. So können die technologischen Vorteile der Private Cloud genutzt werden, ohne unnötige Kosten zu generieren.

Eine Hybrid Cloud ermöglicht es, die Funktionen mehrerer Cloud-Typen gleichzeitig zu nutzen. In der Anfangsphase der Unternehmensentwicklung reicht häufig eine einzige Plattform für alle Prozesse aus. Wenn das Unternehmen wächst, kann es allerdings erforderlich sein, interne Tools auf eine dedizierte Plattform zu verlagern und gleichzeitig die Fähigkeit zur schnellen Anpassung an nicht standardisierte Aufgaben beizubehalten. Eine Kombination aus Private und Public Clouds ist eine gute Möglichkeit, dieses Problem zu lösen.

Faktor 2: Datensicherheit

Das Klischee, dass Public Clouds unsicher sind, ist weit verbreitet. Die Wurzel dieses Missverständnisses liegt im Verständnis des Begriffs "Public" (öffentlich): Man geht davon aus, dass andere Nutzer problemlos auf Ihre Daten in der Cloud zugreifen können. In Wirklichkeit schottet der Hypervisor das System vollständig ab. Indem er jegliche Interaktion zwischen verschiedenen Nutzern verhindert, wird diese Möglichkeit ausgeschlossen.

Public Clouds bieten standardmäßig Datenschutz-Tools, aber es ist ebenfalls möglich, eigene Systeme zu installieren. Einige grundlegende Sicherheitstools in der Public Cloud von SIM-Networks sind: Hardware-Festplattenverschlüsselung, VPN-Tunnel, Firewalls, verschlüsselte Netzwerkverbindungen und DDoS-Schutz.

Im Vergleich zu Public Clouds liegt der Vorteil von Private Clouds in der physischen Isolierung der Daten. In einigen Branchen, z. B. in der Medizin und im Bankwesen, ist die Nutzung von Public Clouds für vertrauliche Kundendaten nicht zulässig, da die Informationen auf derselben Hardware gespeichert würden wie die Daten anderer Nutzer. Durch den Einsatz von Private Clouds schließen Institutionen und Unternehmen mit hohen Sicherheitsanforderungen die theoretische Möglichkeit aus, dass Daten in falsche Hände geraten könnten, wenn beispielsweise ein Server physisch gestohlen wird, um Zugriff auf die Daten des "Nachbarn" zu erhalten.

Die Sicherheit in einer Hybrid Cloud hängt in hohem Maße von den Plattformen ab, aus denen die Infrastruktur besteht. Per Definition sind die Daten in einer solchen Infrastruktur jedoch separiert: Sensible Daten können in einer Private Cloud und weniger sicherheitsrelevante Daten in einer Public Cloud gehostet werden. Selbst wenn die mehrschichtigen Sicherheitssysteme der Cloud umgangen werden sollten, kann nur auf einen Teil der Unternehmensdaten zugegriffen werden.

Faktor 3: Ausfallsicherheit Prozesse in der Cloud hängen nicht von der Funktionsfähigkeit einer einzelnen Maschine ab - bei einem Ausfall greift die virtuelle Maschine auf Ressourcen anderer Server zurück und arbeitet weiter. Dieser Vorteil wird durch die Skalierbarkeit erreicht: Public Clouds verfügen immer über genügend Maschinen, um einen unterbrechungsfreien Betrieb für eine große Anzahl von Nutzern zu gewährleisten.

Gut konzipierte Clouds nutzen außerdem Reservekomponenten zur Steigerung der Fehlertoleranz. Die Public Cloud von SIM-Networks verwendet z. B. das 2N+1-Schema. Das bedeutet, dass jede Komponente über zwei parallele Kopien und eine weitere als Reserve verfügt. Auf diese Weise sind drei Ausfälle einer Komponente erforderlich, bevor die Maschine nicht mehr funktioniert, sonst übernimmt sofort ein anderer Server die Last. Bei SIM-Networks werden zudem mehrere Verfügbarkeitszonen verwendet: Dabei handelt es sich um isolierte Segmente einer Cloud, die auf separater Hardware basieren.

Die physische Isolierung einer Private Cloud trägt ebenfalls zu einer erhöhten Fehlertoleranz bei. Sie können das Risiko, dass die Aktionen anderer Nutzer den Betrieb Ihrer Infrastruktur beeinträchtigen, vollständig ausschließen. Aufgrund des Prinzips der Cloud-Architektur ist dieser Fall auch in einer Public Cloud unwahrscheinlich. Der Einsatz dedizierter Hardware bietet jedoch ein Höchstmaß an Kontrolle über deren Betrieb.

Wie bei der Datensicherheit bietet die Hybrid Cloud durch die Verteilung der Daten ein hohes Maß an Ausfallsicherheit. Jede Cloud im System nutzt ihre eigenen fehlertoleranten Mechanismen, sodass selbst bei einem vollständigen Ausfall einer Cloud eine andere weiterarbeiten kann. Eine hybride Cloud ist diesbezüglich die zuverlässigste Wahl, aber nicht immer gerechtfertigt, wenn man den finanziellen und ressourcenbezogenen Aufwand für die Aufrechterhaltung dieses Systems in Betracht zieht.

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Für welche Unternehmen ist eine Cloud-Infrastruktur sinnvoll?

Jedes Unternehmen – unabhängig von Größe oder Branche – kann von einer Cloud-Infrastruktur profitieren, da der Markt eine breite Palette von Lösungen bietet, die auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten sind. Zu den Cloud-Kunden von SIM-Networks gehören z. B. ein großes Apothekennetzwerk, Systemintegratoren, Konsumgüterhersteller, Immobilienunternehmen und viele andere Unternehmen. Hier erfahren Sie mehr über die einzelnen Kunden.

SIM-Networks ist darauf spezialisiert, Lösungen zu entwickeln, die auf die spezifischen Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten sind. Unsere Erfahrung zeigt, dass die Entscheidung für die Cloud ein wichtiger Schritt zur Modernisierung der IT-Infrastruktur ist. Es ist unerlässlich, die individuellen Anforderungen und langfristigen Ziele jedes Unternehmens zu berücksichtigen und je nach Prioritäten zwischen Public, Private oder Hybrid Clouds zu wählen. Kontaktieren Sie uns, das Team von SIM-Networks wird Ihnen helfen, die beste Lösung für Ihren speziellen Fall zu finden.

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