Cloud Architekturen verstehen und optimal nutzen

Dieser Ratgeber hilft Ihnen dabei, die Grundlagen der Cloud-Computing-Architektur zu verstehen und zeigt, wie Sie diese optimieren und bestmöglich für Ihr Unternehmen einsetzen können.

Dabei erklären wir die unterschiedlichen Cloud-Modelle wie Public, Private, Hybrid und Multi-Cloud und geben Ihnen nützliche Entscheidungshilfen an die Hand. Außerdem erfahren Sie:

• Wie Sie das passende Cloud-Modell wählen 
• Welche Vor- und Nachteile es gibt 
• Wie Sie sich für die richtige Variante entscheiden

Wenn Ihr Unternehmen wächst, sollte Ihre IT-Infrastruktur idealerweise unkompliziert mitwachsen. Doch anstatt in neue Server zu investieren, ist es oft besser, auf eine skalierbare Option zu setzen, die sich flexibel an Ihre Bedürfnisse anpasst. Mit unserer strukturierten Herangehensweise wird es Ihnen leichter fallen, die maßgeschneiderte Lösung für Ihr Unternehmen zu finden.

Was ist eine Cloud Architektur?

Cloud-Architekturen bilden die Grundlage für die Entwicklung moderner, cloudbasierter Lösungen. Sie definieren die Struktur und das Zusammenwirken aller Komponenten und Technologien, die für Cloud-Computing notwendig sind. Dazu gehören Server, Speicher, virtuelle Ressourcen, Softwarelösungen und Netzwerksysteme, die gemeinsam die Cloud-Computing-Umgebungbilden.

Ein Wechsel in die Cloud bietet im Vergleich zu traditionellen On-Premise-Systemen zahlreiche Vorteile, darunter erhöhte Flexibilität,verbesserte Skalierbarkeit und optimierte Kostenstrukturen.

Viele Unternehmen beginnen ihren Umstieg häufig mit einem „Lift-and-Shift“-Ansatz. Bei dieser Methode verlagert man bestehende Anwendungen mit nur minimalen Anpassungen in die Cloud.

Langfristig ist es jedoch sinnvoller, Anwendungen so zu gestalten und zu optimieren, dass sie den spezifischen Anforderungen von Cloud-Umgebungen entsprechen. Dazu trägt eine Cloud-Architektur entscheidend bei. Sie legt fest, wie die verschiedenen Elemente integriert werden, um Ressourcen effizient über ein Netzwerk bereitzustellen, gemeinsam zu nutzen und bei Bedarf zu skalieren.

Die Architektur dient als Blaupause für die Implementierung und den Betrieb von Anwendungen in einer cloudbasierten Umgebung. Sie gewährleistet somit ein effektives und leistungsfähiges Cloud-Computing. Ein zentraler Bestandteil moderner Cloud-Architekturen ist der Cloud-Native-Ansatz, der speziell auf die Nutzung von Cloud-Umgebungen ausgelegt ist. In unserem Ratgeber Cloud Native  erfahren Sie mehr darüber.

Was versteht man unter Cloud-Architekturebenen?

Cloud-Architekturen kann man sich wie ein mehrschichtiges System vorstellen, bei dem jede Schicht eine bestimmte Aufgabe übernimmt. Dabei hat jede Ebene eine klar definierte Aufgabe, wie zum Beispiel die Verwaltung von Daten, die Bereitstellung von Rechenleistung oder die Gewährleistung der Sicherheit. Durch das Zusammenspiel dieser Ebenen entsteht ein Gesamtsystem, das flexibel, skalierbar und effizient ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Cloudarchitektur zu gestalten:

1. Hardware: Diese Schicht beinhaltet die physischen Komponenten wie Server, Speicherlösungen, Netzwerkgeräte und andere Hardwareelemente, die die Grundlage für den Betrieb der Cloud bilden.
   
2. Virtualisierung: Auf dieser Ebene werden physische Ressourcen abstrahiert und in virtuelle Instanzen umgewandelt. Diese Abstraktion ermöglicht es, mehrere Anwendungen oder Nutzer auf denselben physischen Ressourcen auszuführen, was die Effizienz und Flexibilität erhöht.
   
3. Anwendungen und Dienste: Diese Schicht verwaltet die Koordination und Bearbeitung von Anfragen, die über die Benutzeroberfläche des Frontends eingehen. Abhängig vom jeweiligen Cloud-Dienstmodell werden hier unterschiedliche Funktionen bereitgestellt, wie die Zuweisung von Ressourcen, Entwicklungswerkzeuge oder cloudbasierte Anwendungen.

Zusammen bilden diese Ebenen ein leistungsfähiges, flexibles System, das den Betrieb moderner Cloud-Plattformen ermöglicht.

Aus welchen Komponenten besteht eine Cloud-Architektur?

In diesem Abschnitt beschäftigen wir uns mit den grundlegenden Komponenten einer Cloud-Architektur. Dabei gehen wir kurz auf die Merkmale jeder Komponente ein, um ein Verständnis dafür zu schaffen, wie die einzelnen Bausteine zusammenwirken.

Die Bestandteile Virtualisierung, Netzwerke, Dienste und Schnittstellen, Sicherheitsmechanismen sowie Verwaltungs- und Überwachungstools sind essenziell, um eine funktionierende und leistungsfähige Cloud-Umgebung aufzubauen:

1. Virtualisierung

Die Virtualisierung ist das Herzstück jeder Cloud-Architektur. Sie erlaubt es, physische Ressourcen wie Server, Speicher und Netzwerke in virtuelle Einheiten aufzuteilen und flexibel zu verwalten. Mithilfe von Hypervisoren, die zwischen der Hardware und den virtuellen Maschinen (VMs) sitzen, können mehrere VMs auf derselben physikalischen Hardware betrieben werden.

Vorteile der Virtualisierung:

• Effizienz: Durch die Konsolidierung mehrerer virtueller Maschinen auf einem einzigen physischen Server wird die Hardware optimal genutzt.
• Flexibilität: Neue VMs können innerhalb von Minuten bereitgestellt werden, was Entwicklungs- und Testprozesse beschleunigt.
• Isolation: Jede VM ist unabhängig von anderen, was eine hohe Sicherheit und Stabilität gewährleistet.

Darüber hinaus bildet die Virtualisierung die Grundlage für Technologien wie Containerisierung (z. B. mit Docker oder Kubernetes), die eine noch granularere Kontrolle und Effizienz bieten.

2. Netzwerk

Das Netzwerk ist die Lebensader der Cloud. Ohne eine robuste und gut geplante Netzwerkinfrastruktur wäre es unmöglich, Cloud-Ressourcen effizient und sicher bereitzustellen. Die Netzwerkinfrastruktur in einer Cloud-Umgebung umfasst sowohl physische als auch virtuelle Komponenten.

Schlüsselkomponenten:

• Software-Defined Networking (SDN): Ermöglicht eine dynamische Verwaltung von Netzwerkressourcen durch Software, was Agilität und Automatisierung fördert.
• Load Balancer: Verteilen eingehenden Datenverkehr auf mehrere Server, um die Verfügbarkeit und Leistung zu gewährleisten.
• VPNs und Gateways: Stellen sichere Verbindungen zwischen der Cloud und lokalen Rechenzentren oder Endgeräten her.

Ein gut konzipiertes Netzwerkdesign berücksichtigt Aspekte wie Latenz, Bandbreite, Redundanz und Sicherheit. Insbesondere Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Umgebungen erfordern hochentwickelte Netzwerklösungen, um eine nahtlose Interaktion zwischen verschiedenen Cloud-Plattformen zu ermöglichen.

3. Dienste und Schnittstellen

Die Cloud ist mehr als nur Infrastruktur. Ihre wahre Stärke liegt in der Vielzahl von Diensten, die bereitgestellt werden. Diese lassen sich grundsätzlich in drei Hauptkategorien unterteilen: Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS), Software as a Service (SaaS), auf diese gehen wir im nächsten Abschnitt genauer ein.

Schnittstellen, insbesondere Application Programming Interfaces (APIs), sind entscheidend, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Diensten zu ermöglichen. Moderne Cloud-Plattformen bieten APIs, die es Entwicklern erleichtern, Cloud-Dienste in ihre Anwendungen zu integrieren und zu automatisieren.

4. Sicherheitsmechanismen

Sicherheit ist ein zentraler Aspekt jeder Cloud-Architektur. Da Cloud-Ressourcen über das Internet zugänglich sind, müssen sie vor unbefugtem Zugriff, Datenverlust und Angriffen geschützt werden.

Wichtige Sicherheitskomponenten:

• Identitäts- und Zugriffsmanagement (IAM): Definiert, welche Benutzer und Systeme Zugriff auf welche Ressourcen haben.
• Verschlüsselung: Schützt Daten während der Übertragung und im Ruhezustand.
• Firewalls und Intrusion Detection Systems (IDS): Kontrollieren den Datenverkehr und erkennen potenzielle Angriffe.
• Compliance und Auditing: Stellen sicher, dass regulatorische Anforderungen erfüllt werden und eine lückenlose Nachvollziehbarkeit gegeben ist.

Darüber hinaus implementieren viele Unternehmen Zero-Trust-Architekturen, bei denen kein Benutzer oder System standardmäßig als vertrauenswürdig angesehen wird. Zero Trust basiert auf dem Prinzip „Vertraue niemandem, überprüfe alles“ und erfordert, dass jede Zugriffsanfrage streng authentifiziert, autorisiert und kontinuierlich überwacht wird, unabhängig davon, ob sie aus dem internen Netzwerk oder von externen Quellen stammt.

5. Verwaltungs- und Überwachungstools

Um eine Cloud-Architektur effizient zu betreiben, sind robuste Verwaltungs- und Überwachungstools erforderlich. Diese Tools helfen dabei, die Performance zu optimieren, Probleme zu identifizieren und Kosten im Blick zu behalten.

Beispiele für Tools:

• Monitoring-Tools: Diese Werkzeuge dienen dazu, den Zustand und die Performance von Cloud-Ressourcen in Echtzeit zu überwachen. Sie sammeln und analysieren Metriken, Ereignisse und Logs, um Engpässe, Ausfälle oder Performanceprobleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Monitoring ist entscheidend, um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Diensten sicherzustellen und gleichzeitig eine effiziente Ressourcennutzung zu gewährleisten.
• Management-Dashboards: Bieten eine Übersicht über alle Ressourcen, Kosten und Nutzungsmuster.
• Automatisierungstools: Sie dienen dazu, das initiale Setup von Ressourcen zu automatisieren, indem sie Konfigurationen und Bereitstellungsprozesse effizient und reproduzierbar gestalten. 

Diese Werkzeuge tragen entscheidend dazu bei, dass die Cloud-Umgebung optimal genutzt wird und reibungslos funktioniert

Wie interagieren die Komponenten einer Cloud-Architektur?

In einer Cloud-Architektur arbeiten die verschiedenen Komponenten zusammen, um eine Plattform bereitzustellen, die Nutzern bei Bedarf Zugriff auf Ressourcen und Dienste ermöglicht.

Das Backend umfasst sämtliche Ressourcen, Dienste, Datenspeicher und Anwendungen, die ein Cloud-Anbieter bereitstellt. Über ein Netzwerk werden die Frontend- und Backend-Elemente der Cloud-Architektur miteinander verbunden, sodass ein Austausch von Daten zwischen ihnen stattfinden kann.

Wenn Nutzer über eine Schnittstelle Anfragen stellen, werden diese mithilfe von Middleware an das Backend übermittelt. Das Dienstmodell beeinflusst dabei, wie und wo die zugrundeliegende Logik, Dienste oder Anwendungen bereitgestellt werden, die auf die Anfragen reagieren.

Die verfügbaren Dienste richten sich nach dem gewählten Bereitstellungs- oder Dienstmodell. Im Cloud-Computing lassen sich grundsätzlich drei zentrale Dienstmodelle unterscheiden:

1. Infrastructure as a Service (IaaS):

Dieses Modell stellt Infrastrukturkomponenten wie Server, Speicher und Netzwerke bedarfsgerecht zur Verfügung. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, lokale Infrastruktur zu beschaffen, zu betreiben oder zu warten.

2. Platform as a Service (PaaS):

Hierbei handelt es sich um eine Plattform, die alle notwendigen Infrastruktur- und Softwarewerkzeuge bereitstellt, um Anwendungen zu entwickeln, zu betreiben und zu verwalten.

3. Software as a Service (SaaS):

Dieses Modell liefert Anwendungen direkt aus der Cloud, die vollständig vom Anbieter gehostet und verwaltet werden. Nutzer müssen keine Software lokal installieren oder warten.

Die Wahl des Dienstmodells hängt stark von Ihren individuellen Anforderungen und dem gewünschten Einsatzgebiet ab.

Welche Arten der Cloud Architektur gibt es?

Die Einführung der Cloud erfordert eine sorgfältige Planung, da es nicht die eine universelle Lösung für alle gibt. Es ist wichtig, die Art der Cloud auszuwählen, die am besten zu den bestehenden Technologie-investitionen, spezifischen Geschäftsanforderungen und langfristigen Zielen passt. Grundsätzlich stehen Ihnen drei Haupttypen von Cloud-Modellen zur Verfügung: öffentlich, privat und hybrid.

Zunehmend an Bedeutung gewinnt auch die Multi-Cloud-Architektur. Bei diesem Ansatz nutzen Organisationen Cloud-Dienste von mehreren Anbietern. Dies bietet mehr Flexibilität und ermöglicht es, spezifische Anwendungen oder Workloads auf den Anbieter abzustimmen, der die besten Leistungen oder Funktionen bietet. Zudem vermeidet eine Multi-Cloud-Umgebung Abhängigkeiten von einem einzigen Anbieter und es erschließen sich dadurch mehr Gestaltungsspielräume.

Vor- und Nachteile der verschiedenen Cloud-Architekturen

Erfahren Sie jetzt mehr über die Stärken und Schwächen der Multi-Cloud-Strategie sowie der drei Hauptmodelle von Cloud-Architekturen. Wir zeigen Ihnen, welche Vorteile und Herausforderungen die verschiedenen Modelle bieten und was Sie dabei beachten sollten. Außerdem lernen Sie anhand konkreter Beispiele, welche Branchen und Unternehmen von den jeweiligen Ansätzen besonders profitieren.

Cloud-Architektur	Vorteile	Nachteile
Öffentliche Cloud	Geringe Einstiegskosten, keine eigene Hardware erforderlich	Weniger Kontrolle über Daten und Sicherheit
	Hohe Skalierbarkeit	Abhängigkeit von Drittanbietern
	Einfacher Zugang zu neuen Technologien wie KI oder Big Data Analytics	Herausforderungen durch Compliance-Auflagen
Private Cloud	Höchste Kontrolle über Daten und Infrastruktur	Hohe Kosten für Aufbau und Wartung
	Verbesserte Sicherheit, ideal für sensible Daten	Erfordert spezialisierte IT-Kenntnisse
	Anpassung der Infrastruktur an spezifische Unternehmensanforderungen möglich	Eingeschränkte Skalierbarkeit im Vergleich zu öffentlichen Clouds
Hybrid-Cloud	Kombination aus Kontrolle (private Cloud) und Flexibilität (öffentliche Cloud)	Höherer technischer Aufwand zur Integration der Systeme
	Verbesserung der Ausfallsicherheit durch Verteilung der Workloads	Kann teurer und komplexer sein als eine rein öffentliche oder private Lösung
	Möglichkeit, sensible Daten lokal zu speichern
Multi-Cloud	Vermeidung von Abhängigkeiten von einem Anbieter	Höhere Verwaltungskomplexität durch mehrere Anbieter
	Zugriff auf spezialisierte Dienste verschiedener Anbieter	Eventuelle Inkompatibilitäten bei den genutzten Diensten
	Erhöhte Ausfallsicherheit, da Dienste auf mehrere Anbieter verteilt werden können	Kostentransparenz kann schwieriger sein

Beispiele für geeignete Branchen und Unternehmen

Öffentliche Cloud

• Startups oder kleine Unternehmen mit schnellem oder Schwankendem Wachstum, z. B. E-Commerce-Startups
• Unternehmen, die schnell skalieren müssen, z. B. Streaming-Dienste
• Bildungsinstitutionen, die Cloud-Dienste für Online-Kurse nutzen
  

Private Cloud

• Finanzdienstleister und Banken mit strengen Compliance-Anforderungen
• Behörden und staatliche Einrichtungen mit sensiblen Bürgerdaten
• Gesundheitswesen, z. B. Krankenhäuser mit Anforderungen an Datenschutz und IT-Sicherheit

Hybrid-Cloud

• Unternehmen mit gemischten Workloads, z. B. Automobilindustrie (Produktentwicklung und Kundendaten)
• Einzelhändler, die sensible Kundendaten lokal halten, aber auf Cloud-Skalierung zugreifen möchten

Multi-Cloud

• Große Unternehmen
• Technologieunternehmen, die Cloud-Dienste für verschiedene Projekte nutzen
• Pharmaunternehmen, die internationale Forschung und Entwicklung betreiben

Während öffentliche Clouds sich hervorragend für Unternehmen eignen, die schnell skalieren müssen, bieten private Clouds höchste Sicherheit und Kontrolle.

Hybrid- und Multi-Cloud-Ansätze bieten eine ausgewogene Mischung aus Flexibilität und Spezialisierung, eignen sich jedoch besonders für Unternehmen mit komplexen Anforderungen.

Wie entscheide ich mich für eine Cloud Architektur?

Die Wahl der passenden Cloud-Architektur setzt eine sorgfältige Analyse der Unternehmensanforderungen voraus. Welche Faktoren sind für Ihre Entscheidung ausschlaggebend? Wie bewerten Sie Ihre aktuellen Workloads und bestehenden IT-Voraussetzungen? Auf folgende Punkte sollten Sie dabei achten:

Um die passende Cloud-Lösung für Ihre individuellen Anforderungen zu wählen, sollten Sie eine umfassende Analyse Ihrer aktuellen Workloads durchführen. Dafür können mehrere Komponenten zum Einsatz kommen: 

• Monitoring-Tools: Analyse der Auslastung und Identifizierung von Spitzenlastzeiten.
• Anwendungsanforderungen: Bewertung, welche Anwendungen am meisten Ressourcen benötigen.
• Kapazitätsplanung: Bestimmung des zukünftigen Bedarfs basierend auf Geschäftswachstum und Trends.

Je nach den Anforderungen und Zielen Ihres Unternehmens bieten sich dann die bereits beschriebenen Bereitstellungsmodelle IaaS, PaaS oder SaaS an.

Wie manage ich die Kosten der Cloud?

Effizientes Kostenmanagement ist entscheidend, um das volle Potenzial der Cloud zu nutzen, ohne das Budget zu sprengen. Hier erklären wir, wie Sie die Kosten verschiedener Cloud-Modelle kalkulieren und optimieren können. Wir stellen Ihnen Tools und Methoden vor, die helfen, unnötige Ausgaben zu vermeiden. Darüber hinaus erfahren Sie, wie zusätzliche Kosten erkennen und kontrollieren können.

• Ressourcennutzung: Kosten für Rechenleistung, Speicher und Netzwerk.
• Lizenzgebühren: Softwarelizenzen, die möglicherweise in der Cloud teurer sein können.
• Übertragungsgebühren: Kosten für den Transfer von Daten zwischen verschiedenen Clouds oder On-Premise-Umgebungen.
• Wartungskosten: Kosten für Wartung und Support.

Welche Tools und Methoden helfen, die Kosten zu kontrollieren?

Zur Kostenkontrolle innerhalb der Cloud gibt es eine Vielzahl von Tools und Methoden:

• Cloud-Kostenrechner: AWS, Azure und Google bieten spezielle Tools, um die Nutzung und Kosten zu berechnen.
• Automatische Skalierung: Automatische Anpassung von Ressourcen an den tatsächlichen Bedarf. Dabei ist es wichtig, klare Grenzen für die Skalierung festzulegen, um unkontrolliertes Wachstum zu vermeiden.
• Monitoring-Tools: Überwachung von Nutzungsdaten, um überflüssige Ressourcen zu identifizieren.
• Kostenlimitierung: Festlegung von Budgetgrenzen und Warnungen, um übermäßige Ausgaben zu vermeiden.

Welche Kosten können außerdem bei der Cloud-Nutzung entstehen?

Die Cloud bietet den Vorteil, dass sie eine punktgenaue Abrechnung ermöglicht, bei der Nutzer nur für die tatsächlich genutzte Leistung zahlen (Pay-As-You-Go). Dies bedeutet, dass Unternehmen die Kosten flexibel an ihre tatsächlichen Bedürfnisse anpassen können.

Jedoch können bei der Nutzung von Cloud-Diensten weitere Kosten entstehen, die häufig über die reinen Abonnementgebühren hinausgehen. Mehr Leistung bedeutet auch höhere Ausgaben, wie die folgenden Beispiele zeigen:

Datenübertragungsgebühren

• Kosten für das Hochladen oder Herunterladen von Daten können anfallen, besonders bei großen Datenmengen oder bei häufigen Zugriffen.

Beispiel: Das Übertragen von Daten zwischen verschiedenen Regionen oder Clouds kann zusätzliche Kosten verursachen.

Speicherwachstum

• Die Speicherung großer Datenmengen über längere Zeiträume kann zu unerwartet hohen Speicherkosten führen.

Beispiel: Viele Unternehmen unterschätzen häufig das Volumen der ungenutzten Daten, die weiter gespeichert werden.

Kosten für zusätzliche Dienste

• Cloud-Anbieter berechnen für zusätzliche Dienstleistungen, wie Sicherheitsfeatures, Backup-Lösungen oder fortgeschrittene Datenanalysen, separate Gebühren.

Beispiel: Das Hinzufügen von Tools zur Überwachung oder Datenverschlüsselung kann zusätzliche Kosten erzeugen.

Skalierung und Ressourcennutzung

• Autoskalierung ermöglicht es, Rechenressourcen nach Bedarf zu erweitern, aber unkontrolliertes Wachstum kann die monatlichen Rechnungen drastisch erhöhen.

Beispiel: Eine unerwartet hohe Webtraffic-Last kann dazu führen, dass zusätzliche Server aktiviert werden, was die Kosten in die Höhe treibt.

Kosten für Latenz und Performanceoptimierung

• Um die Performance zu verbessern oder Latenzprobleme zu verringern, müssen häufig zusätzliche oder spezialisierte Cloud-Ressourcen bereitgestellt werden.

Beispiel: Ein großer Autohersteller entscheidet sich für leistungsfähigere Cloud-Instanzen, um Reaktionszeiten zu reduzieren, was jedoch mit höheren Kosten verbunden ist.

Compliance und Zertifizierungskosten

• Bestimmte Branchenanforderungen verlangen nach speziellen Compliance-Lösungen in der Cloud, die zusätzliche Kosten verursachen können.

Beispiel: Ein Unternehmen muss spezielle Datenschutz- oder Sicherheitszertifizierungen erwerben, um gesetzlichen Vorgaben zu entsprechen.

Kosten für Migration und Integration

• Die Kosten für die initiale Migration in die Cloud, die Integration bestehender Systeme und die Optimierung der Workloads können höher sein als erwartet.

Beispiel: In der Regel müssen alte Systeme angepasst oder vollständig umgeschrieben werden, um in der Cloud effizient zu funktionieren.

Kosten durch Fehlkonfiguration

• Fehlkonfigurationen, wie das Nichtabschalten ungenutzter Dienste oder unsachgemäße Berechtigungen, können zu Mehrkosten führen.

Beispiel: Eine Testumgebung wird versehentlich weiter betrieben, obwohl sie nicht mehr benötigt wird, was unnötige Kosten verursacht.

Cloud Architektur – Fazit

Eine gut durchdachte Cloud-Architektur hilft Ihnen dabei, Flexibilität, Skalierbarkeit und Sicherheit zu gewährleisten. Die Wahl zwischen Public, Private, Hybrid oder Multi-Cloud hängt stark von den individuellen Anforderungen Ihres Unternehmens ab.

Es ist wichtig, dass Sie branchenspezifische Anforderungen, Kosten und Sicherheitsaspekte berücksichtigen. Zudem sollte die Architektur so konzipiert sein, dass sie zukünftige technologische Entwicklungen unterstützt und mit diesen wachsen kann.

Wer diese Faktoren beachtet, kann die Vorteile der Cloud optimal für sich nutzen und ist auch für die kommenden Entwicklungen gut aufgestellt.

Cloud Architektur – FAQ