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: Über einem Laptop, der von einer geschäftlich gekleideten Person bedient wird, schweben Symbole für Cloud und Dateiverwaltung.
Cloud & Hosting

Was ist eine Cloud-Architektur?

Portrait von Dr. Lorenz SteinkeLorenz Steinke
16.06.2023
11 Min.

    Cloud-Speicher bringen enorme Einsparungen und Produktivitätsgewinne für Unternehmen. Viele Services werden durch die Cloud überhaupt erst möglich. Doch dafür muss die Cloud-Architektur zur jeweiligen Firma und deren Anforderungen passen. Lesen Sie hier, welche Cloud-Architekturen es gibt, worin sie sich unterscheiden und wie Sie die passende Lösung für Ihr Unternehmen finden.

    Immer mehr IT-Anwendungen wandern in die Datenwolke. Das Marktforschungsunternehmen Gartner erwartet, dass die Wirtschaft spätestens im Jahr 2025 mehr Geld für Clouddienste ausgeben wird als für klassische Unternehmens-IT wie Arbeitsplatz-Computer und Server auf dem eigenen Unternehmensgelände („On-Premises“).

    Zeitgleich nimmt auch die Vielfalt der Cloud-Services weiter zu. Längst sind Clouds viel mehr als reine Datenspeicher. Auch Rechenleistung, Büro-Anwendungen, Kalkulationen mittels künstlicher Intelligenz oder Software-Container für die Programmierung können Sie als Cloud-Dienste buchen. So können Sie immer mehr IT-Aufgaben in die Cloud verlegen.

    Doch nur wenn auch die Architektur Ihrer Cloud zu Ihrem Unternehmen und Ihrem Bedarf passt, können Sie das volle Cloud-Potenzial ausreizen. Daher sollten Sie Ihre Cloud-Architektur exakt planen.

    Inhaltsverzeichnis

    Was ist eine Cloud-Architektur?Welche Cloud-Architektur-Modelle gibt es?Applikationen in die Cloud-Architektur einbinden – das ist zu beachtenVorteile einer individuellen Cloud-Architektur

    Was ist eine Cloud-Architektur?

    Die Architektur einer Cloud ist vergleichbar mit dem Bauplan eines Büro- oder Fabrikgebäudes. In Ihrem Unternehmen haben Sie möglicherweise einen Fertigungsbereich, in dem Sie Waren herstellen, daneben Büroräume für Vertrieb, Einkauf und Marketing sowie zusätzlich einen öffentlichen Bereich für den Kundenverkehr.
    Einzelne Abschnitte, etwa Reinräume oder die Arbeitsbereiche bestimmter Maschinen, sind besonders gesichert. Alle Räumlichkeiten sind für die jeweilige Nutzung passend eingerichtet. Einzelne Abteilungen können Sie bei Bedarf erweitern.
    Ganz ähnlich verhält es sich mit der Architektur Ihrer Unternehmens-Cloud. Auch hier haben Sie unterschiedliche Bereiche, die für die jeweilige Nutzung optimiert sind. In besonders geschützten Teilen Ihrer Cloud speichern Sie beispielsweise sensible Daten oder solche, die Sie besonders häufig sichern müssen.
    Andere Cloudbereiche teilen Sie hingegen mit Ihren Kund:innen oder Lieferanten, beispielsweise für Ihr Online-Bestellsystem. Wieder andere Bereiche Ihrer Cloud stellen für Ihre Mitarbeiter:innen im Außendienst oder im Homeoffice Software bereit, die somit nicht mehr auf den Endgeräten installiert werden muss.
    Mit der individuell passenden Cloud arbeiten Sie und Ihre Mitarbeiter:innen effizienter und nutzen zudem weitere Cloudvorteile wie die Reduzierung Ihrer Hardware-Kosten. Am Anfang der Cloud-Planung steht daher immer die Bestandsaufnahme: Welche Anforderungen haben Sie hinsichtlich Skalierbarkeit, Sicherheit und Stabilität an Ihre Cloud-Architektur? Wie wollen Sie die Cloud an das Internet und an Ihre Unternehmensstandorte anbinden? Welche Applikationen oder Entwicklungsumgebungen sollen darauf laufen oder bereits vorinstalliert sein?
    Ist Ihr Unternehmen bereits weit vorangeschritten auf dem Weg zur Industrie 4.0? Setzen Sie in der eigenen Fertigung auf Technologien des Industrial Internet of Things, die Sie wiederum mit Ihrer Unternehmens-Cloud verknüpfen möchten?
    Hieraus ergeben sich das sogenannte Deployment Ihrer Cloud (englisch für Aufstellungs- oder Einsatzort), außerdem die von Ihnen gewünschten Cloud-Services und schließlich der nötige Umfang von Verfügbarkeit und Sicherheit.
    Aus diesen drei Bausteinen bauen Sie dann die Cloud-Architektur, die genau zu Ihren Anforderungen passt. Alle diese Punkte werden in den folgenden Kapiteln näher beschrieben.
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    Welche Cloud-Architektur-Modelle gibt es?

    Deployment-Modelle

    Verfügbare Deployment-Modelle für Clouds sind die öffentliche Public Cloud und die exklusiv für eine einzelne Organisation bereitgestellte Private Cloud sowie Mischformen. Eine solche Private Cloud können Sie wahlweise direkt an Ihrem Unternehmensstandort betreiben („On Premises“), aber auch extern in einem Rechenzentrum Ihres Cloudanbieters.
    Wenn Sie sich für die externe Lösung entscheiden, sparen Sie sich den Aufwand für eigene Serverräume an Ihrem Unternehmenssitz und profitieren trotzdem vom hohen Schutzlevel einer exklusiven Cloud.
    Eine Sonderform der Private Cloud ist die Community Cloud, die für eine ganze Gruppe von Benutzern zur Verfügung steht.
    Daneben gibt es auch Kombinationen aus mehreren Deployment-Modellen. Die Hybrid Cloud führt beispielsweise Public Cloud und Private Cloud zusammen. In einer Multi-Cloud wiederum bündeln Sie Cloudspeicher verschiedener Cloud-Dienstleister unter einem virtuellen Dach.

    Cloud-Services

    Je nach gewähltem Cloud-Service ist Ihre Cloud ein reiner Datenspeicher oder bietet Ihnen zusätzliche Software und Funktionen. Die Basiskonfiguration beim Cloudspeicher ist die Infrastruktur-Cloud (Infrastructure-as-a-Service, kurz: IaaS). Hier mieten Sie ausschließlich Speicher und Rechenleistung (Infrastruktur) bei Ihrem Anbieter.
    Beim Service-Level Plattform-Cloud (PaaS) buchen Sie hingegen vorbereitete Plattformen, beispielsweise virtualisierte Server und Arbeitsplatzcomputer, die für Sie in der Cloud eingerichtet werden.
    Möchten Sie den Betrieb dieser virtuellen Computer sowie das Installieren und Updaten Ihrer darauf betriebenen Büroanwendungen komplett an Ihren Dienstleister auslagern, wählen Sie stattdessen Software-as-a-Service (SaaS) als Cloud-Level. Dann können Sie direkt die vorinstallierte Software in der Cloud nutzen. Ein solches SaaS-Produkt ist beispielsweise Microsoft 365 Business.
    Immer beliebter wird die Cloud als Function as a Service (FaaS). Hier nutzen Sie nur noch einzelne, meist hoch spezialisierte und oft rechenintensive Funktionen, die Ihnen Ihr Cloud-Anbieter bereitstellt. Das kann beispielsweise Mustererkennung per künstlicher Intelligenz sein oder Echtzeit-Routing im Straßenverkehr oder auch eine multilinguale Spracherkennung. Ihr Cloudanbieter übernimmt dann für Sie die Aktualisierung der Straßenkarten für das Routing oder die Weiterentwicklung der Sprachentwicklung und Sie nutzen die Funktion dann immer auf dem aktuellen Stand und ohne eigenen Wartungs- und Entwicklungskosten.
    Auch bei den Cloud-Services gibt es wieder weitere Formen und Mischformen, sodass in der Praxis jede Cloud individuell auf Ihre Wünsche angepasst werden kann.

    Service Level Agreement

    Das Service Level Agreement (SLA) als dritter Baustein Ihrer Cloud-Architektur ist im Dienstleistungsvertrag zwischen Ihnen und Ihrem Cloudanbieter niedergeschrieben. In dieser Vereinbarung garantiert Ihnen Ihr Anbieter bestimmte Qualitätsstandards für Ihre Unternehmens-Cloud.
    Das können beispielsweise die Verfügbarkeitszeiten Ihrer Cloud sein, die üblicherweise als Prozentwert vereinbart werden. Bei einer garantierten Verfügbarkeit von 99,99 Prozent darf Ihre Cloud maximal 52 Minuten im Jahr ausfallen. Eine Verfügbarkeit von 99,9 Prozent erlaubt entsprechend knapp neun Stunden maximale Nichtverfügbarkeit Ihrer Cloud pro Jahr.
    Zusätzlich können Sie weitere Cloudmerkmale mit Ihrem Anbieter verhandeln, etwa das garantierte Hosting Ihrer Cloud in einem EU-Staat. Dies ist besonders dann interessant für Sie, wenn Sie schützenswerte, persönliche Daten im Sinne der Datenschutzgrundverordnung (DSGVO) in Ihrer Cloud speichern möchten.
    Auch eine Ende-zu-Ende-Verschlüsselung zwischen Cloud-Standort und den Arbeitsplätzen Ihrer Mitarbeiter:innen oder eine regelmäßige automatische Datensicherung Ihrer gesamten Cloud oder wichtiger Cloudinhalte können Sie per SLA vereinbaren.
    Viele SLA enthalten darüber hinaus Schadensersatzregelungen für den Fall von Vertragsverletzungen durch ihren Clouddienstleister. Fällt Ihre Cloud beispielsweise länger aus als vertraglich erlaubt, erhalten Sie eine Kompensationszahlung.
    Mitarbeiter mit Helm prüft Daten am Tablet

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    Applikationen in die Cloud-Architektur einbinden – das ist zu beachten

    Maßgeblich für die Funktion Ihrer Cloud-Architektur ist das richtige Einbinden von Applikationen und Anwendungs-Umgebungen in Ihre Unternehmens-Cloud. Hier gibt es gleich mehrere Punkte, die Sie vor der Entscheidung über Ihre Cloud-Architektur klären sollten:
    • Welche Anwendungen müssen von Anfang an in der Cloud laufen und welche zukünftigen Applikationen, die bisher noch nicht im Unternehmen eingeführt oder überhaupt entwickelt sind, sollen später in die Cloud integriert werden können?
    • Sollen eine oder mehrere APIs (Application Programming Interfaces) in der Cloud zum Einsatz kommen und wie sollen die Zugriffsrechte hierauf organisiert sein? Soll es möglich sein, dass neben internen Programmierern auch Partner oder externe Programmierer über eine API eigene Anwendungen entwickeln, die dann in der eigenen Cloud laufen?
    • Wie sollen innerhalb der Cloud die Ressourcen zwischen den einzelnen Anwendungen verteilt werden und welche Prioritäten gibt es dabei?
    • Wie funktioniert die Kommunikation zwischen den einzelnen Anwendungen in der Cloud? Welche Middleware wird hierfür eingesetzt und wie regelt sie den Informationsaustausch zwischen den Applikationen?
    • Welche Anwendungen erzeugen welche Datenbestände? In welcher Form werden diese Daten wiederum organisiert und anderen Anwendungen zwecks Auswertung oder Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt?
    • Kommt künstliche Intelligenz im Unternehmen zum Einsatz und wie greift diese auf Datenbestände oder Anwendungen der Cloud zu?
    Geschäftsmann arbeitet am Notebook

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    Vorteile einer individuellen Cloud-Architektur

    Einer der größten Vorteile der Cloud gegenüber On-Premises-Lösungen ist ihre einfache Skalierbarkeit – immer passend zum sich stetig verändernden Ressourcenbedarf Ihres Unternehmens.
    Egal, ob Ihre Firma kurzfristig mehr Rechenleistung für eine Anwendungsentwicklung benötigt, Ihr Webshop aufgrund saisonaler Schwankungen oder einer laufenden Marketing-Maßnahme mehr Kapazitäten verlangt oder Sie innerhalb Ihrer Big-Data-Bestände komplexe Auswertungen durchführen möchten, um hieraus Smart Data zu gewinnen.
    In allen Fällen können Sie bei Ihrem Cloud-Dienstleister kurzfristig mehr Speicherpower oder Rechenleistung nachfordern. Und nach Rückgang der Nachfrage können Sie ungenutzte Ressourcen auch wieder freigeben. Je nach Vertragsmodell geht dieses Herauf- oder Herunterskalieren in der Regel sogar automatisch.
    Unterschieden wird hierbei zwischen der vertikalen und der horizontalen Skalierbarkeit Ihrer Cloud-Architektur. Eine vertikale Skalierung bedeutet, dass bei wachsender Nachfrage beispielsweise eine einzelne Applikation auf eine stärkere virtuelle Maschine umgeleitet wird, sie mehr Festplattenspeicher oder zusätzliche Rechenkerne zur Verwendung erhält, aber dabei weiterhin auf demselben Server läuft.
    Die horizontale Skalierung hingegen beschreibt das reale Hinzufügen weiterer physischer Maschinen zum Rechencluster bei ihrem Cloud-Anbieter. In der Praxis funktioniert das horizontale Skalieren meist schneller und ohne zwischenzeitliches Einfrieren Ihrer Prozesse, weshalb es zu bevorzugen ist.
    Die Fähigkeit, besonders schnell auf Schwankungen zu reagieren, wird wiederum als Elastizität bezeichnet. Ihr Cloud-Anbieter nennt Ihnen Details zu Skalierbarkeit und Elastizität seiner Produkte.
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    Die Komponenten einer Cloud-Architektur

    Jede Cloud-Architektur setzt sich aus verschiedenen Komponenten oder Ebenen zusammen. Im Einzelnen sind dies:

    Infrastrukturebene

    Diese Ebene umfasst die Hardware, die Sie für Ihre Cloud nutzen. Dazu gehört sowohl die Hardware im Rechenzentrum Ihres Anbieters als auch Geräte On-Premises an Ihrem Standort. Weiterhin ist die von Ihnen verwendete Netzwerktechnik Teil der Infrastrukturebene.

    Virtualisierungsebene

    Auf dieser Ebene werden Ihre IT-Ressourcen virtualisiert, also innerhalb Ihrer Cloud auf Servern im Rechenzentrum nachgebildet. Auch virtualisierte Betriebssysteme gehören zu dieser Ebene.

    Middlewareebene

    Diese Cloud-Komponente umfasst jene Programme und Cloud-Services, mit denen Sie auf Ihre Daten in der Cloud zugreifen. Middleware bezeichnen Expert:innen oft auch als Dienstschicht, weil sie Ihnen Dienste für den Datenzugriff bereitstellt.

    Verwaltungsebene

    Auf der Verwaltungs- oder Managementebene steht Ihnen üblicherweise eine Software-Konsole zur Verfügung. Über diese Konsole geben Sie Gruppen oder einzelnen Anwender:innen Ressourcen frei, stellen ihnen beispielsweise neue Cloud-Services zur Verfügung oder buchen Cloud-Anwendungen hinzu.

    Automatisierungsebene

    Auf dieser Ebene werden Cloud-Ressourcen durch entsprechend konfigurierte Anwendungen passend zum Bedarf Ihres Unternehmens automatisiert hinzugebucht oder wieder aufgekündigt. Hierfür überwacht die Automatisierungssoftware laufend wichtige Parameter Ihrer Cloud und kann so Ressourcen innerhalb von Sekunden für Sie hinzubestellen oder wieder freigeben.
    Eine Frau steht vor einem Server-Schrank und führt Wartungsarbeiten durch.

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    Die richtige Cloud-Architektur für höchste Datensicherheit oder Edge Computing

    Last but not least sollten Sie auch Standort-Fragen bei Ihrer Cloud-Architektur berücksichtigen. So minimieren Sie Risiken, indem Sie Backups Ihrer Cloud-Daten auf Rechenzentren in unterschiedlichen Regionen verteilen. Dadurch sind Sie sogar gegen Extremereignisse wie einen Ausfall des Stromnetzes, einen Brand oder einen Wasserschaden an einem Standort optimal geschützt.
    Zusätzlich können Sie bei Ihrem Clouddienstleister auch ein „Hot Backup” in der Cloud beauftragen oder dieses über Ihre Konsole selber konfigurieren. Mittels eines solchen „heißen Backups” sichern Sie alle Ihre Daten permanent im laufenden Betrieb. Für Ihre Mitarbeiter:innen geschieht dies automatisiert und unsichtbar im Hintergrund.
    Nach einem möglichen Systemausfall rekonstruieren Sie Ihre gesamten Datenbestände dann direkt wieder aus diesem „Hot Backup” – ganz ohne Ausfallzeiten oder ein zwischenzeitliches Neustarten Ihrer Server. Auch ein solches Backup können Sie parallel in mehreren Rechenzentren speichern.
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    Hohes Tempo auch im Edge-Bereich

    Je länger die Transportwege für Ihre Daten sind, desto höher sind auch die Datenlaufzeiten innerhalb Ihrer Cloud-Architektur. Für zeitunkritische Anwendungen wie das Versenden eines Kundenmailings ist dies nicht relevant. Anders sieht dies aus für Unternehmen, die beispielsweise an der Börse Hochgeschwindigkeitshandel betreiben.
    Aber auch das wachsende Segment der autonom verfahrenden Transport- und Fertigungsmaschinen ist auf schnelle Cloud-Speicher angewiesen. Dort schafft der Mobilfunkstandard 5G die technischen Voraussetzungen, um in Echtzeit Telemetriedaten mit einem Rechenzentrum auszutauschen und Ihre Fahrzeuge so sicher durch Produktionsumgebungen zu manövrieren. Denn unnötig lange Datenlaufzeiten können sich hier nachteilig auf Präzision und Verfahrgeschwindigkeit auswirken.
    Auch beim Edge Computing sind kurze Datenlaufzeiten wichtig. Hierunter wird das Erzeugen und direkte Weiterverarbeiten großer Datenmengen am Rand („Edge“) Ihrer Cloud oder Ihrer Unternehmens-IT verstanden.
    Sinnvoll ist das Edge Computing beispielsweise für Fertigungsanlagen mit Sensoren, die riesige Datenmengen erzeugen, die wiederum direkt andere Maschinen ansteuern: Zum Beispiel eine Hochgeschwindigkeitskamera mit Mustererkennung, die wiederum eine CNC-Fräse programmiert. Laufen diese Daten unterwegs allerdings doch durch Ihre Cloud und dabei zwischen mehreren Rechenzentren hin und her, wird deren Latenz (Laufzeit) so hoch, dass das Edge Computing nicht mehr funktioniert und die Maschine im schlimmsten Fall abschaltet.
    Eine gute Cloud-Architektur ist also eine Architektur, die Skalierbarkeit, Sicherheit, Geschwindigkeit und viele andere Cloud-Parameter gemäß den Unternehmensanforderungen berücksichtigt und optimal zu einem Paket zusammenschnürt.

    Cloud-Architektur in der Übersicht

    • Das Angebot an frei kombinierbaren Cloud-Services, Deployment-Formen und Service-Level-Vereinbarungen am Markt für Unternehmens-Clouds ist groß. Dadurch ist jede Cloud-Architektur individuell.
    • Der richtige Aufbau Ihrer Cloud-Architektur ist entscheidend für die Einsparungs- und Skalierungseffekte, die Sie damit in Ihrem Unternehmen generieren. Daher sollten Sie Ihre Architektur vorab sorgfältig planen.
    • Mit der passenden Cloud-Architektur machen Sie Ihr Unternehmen agiler. Sie reagieren schneller auf IT-Spitzenlasten, etwa durch saisonale oder marktbedingte Schwankungen. Auf der Automatisierungsebene buchen Sie jederzeit die benötigten IT-Ressourcen hinzu oder managen nicht mehr benötigte Ressourcen wieder ab.
    • Durch eine entsprechende technische Planung Ihrer Cloud-Architektur erhalten Sie auch im Randbereich (Edge) Ihres Unternehmensnetzes überall Cloud-Services mit hoher Performanz.
    Portrait von Dr. Lorenz SteinkeLorenz Steinke
    16.06.2023
      # Tags:CloudBusiness BasicsDigitalIoT-Vernetzung
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