Cloud Bursting

Was ist Cloud Bursting?

Cloud Bursting ist eine Technik zur Anwendungsbereitstellung, bei der eine in einer Private Cloud oder einem Rechenzentrum ausgeführte Anwendung ihre zusätzliche Arbeitslast bei Spitzenbedarf an Rechenkapazität in eine Public Cloud auslagert. Dieses Bereitstellungsmodell ermöglicht einem Unternehmen bei Bedarf den Zugriff auf mehr Rechenressourcen.

Wenn der Rechenbedarf die Kapazität einer Private Cloud übersteigt, bietet Cloud Bursting einem Unternehmen zusätzliche Flexibilität, um Spitzen in der IT-Nachfrage zu bewältigen, und gibt lokale Ressourcen für andere kritische Anwendungen frei.

Der Vorteil eines Hybrid-Cloud-Bereitstellungsmodells wie Cloud Bursting besteht darin, dass ein Unternehmen nur für zusätzliche Rechenressourcen bezahlt, wenn diese benötigt werden.

In einem Cloud-Bursting-Modell ist die Private Cloud das primäre Bereitstellungsmedium, während Public-Cloud-Ressourcen bei erhöhtem Datenverkehr genutzt werden. Wenn eine Private Cloud ihre Ressourcenkapazität erreicht, wird der überschüssige Datenverkehr ohne Unterbrechung des Dienstes an eine Public Cloud weitergeleitet. Sobald der Datenverkehr wieder auf ein normales Niveau gesunken ist, werden die Daten zurück in die Private Cloud verschoben. Cloud Bursts können entweder automatisch aufgrund hoher Nutzungsanforderungen oder manuell auf Anfrage ausgelöst werden.

Bei der Verwendung von Cloud Bursting sollte ein Unternehmen seine Sicherheitsstufe, Plattformkompatibilitäten und Compliance-Anforderungen berücksichtigen. Da Private Clouds in der Regel besser geschützt sind als Public Clouds, werden kritische Anwendungen oder Daten nicht für Cloud Bursting empfohlen, da diese Daten zwischen den Clouds übertragen werden und dadurch Sicherheits- und Compliance-Risiken entstehen können.

Cloud Bursting wird heute häufig als Bestandteil einer Hybrid- oder Multi-Cloud-Strategie betrachtet und findet insbesondere in hochdynamischen Geschäftsfeldern Anwendung, die flexibel auf Lastspitzen reagieren müssen.

Wie funktioniert Cloud Bursting?

IT-Administratoren legen Schwellenwerte für die Kapazität für Anwendungen in der Private Cloud fest. Wenn die Workload-Kapazität ihren Schwellenwert erreicht, wechselt die verwendete Anwendung automatisch zur Public Cloud, und der Datenverkehr wird dorthin umgeleitet. Sobald der Spitzenbedarf an Ressourcen zurückgeht, wird die Anwendung wieder in die Private Cloud oder die lokale Infrastruktur zurückverschoben.

Ein Unternehmen kann einen der folgenden Ansätze für Cloud Bursting verfolgen:

Verteiltes Load Balancing

Beim verteilten Load Balancing werden Anwendungen zwischen einer Public Cloud und einem Rechenzentrum ausgeführt. Wenn der Datenverkehr einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, leitet eine identische Umgebung den Workload-Datenverkehr in eine Public Cloud um. Bei dieser Methode muss eine Anwendung lokal und in der Public Cloud bereitgestellt werden und es sind Load-Balancing-Vorgänge erforderlich, um den Datenverkehr zu verteilen.

Vorteile: Diese Methode ist hoch skalierbar, gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit, optimiert die Leistung und ist kosteneffizient.

Nachteile: Die Datenkonsistenz kann eine Herausforderung darstellen. Mehr Endpunkte können mehr Sicherheitsrisiken oder eine größere Angriffsfläche bedeuten. Die Konfiguration kann komplex sein und spezielle Kenntnisse erfordern.

Automatisiertes Bursting

Bei dieser Methode muss ein Unternehmen Richtlinien festlegen, um zu definieren, wie Bursting gehandhabt wird. Sobald diese festgelegt sind, kann eine in einer Private Cloud gehostete Anwendung automatisch in eine Public Cloud ausgelagert werden. Die Anwendung wird mithilfe von Software automatisch umgeschaltet. So kann ein Unternehmen Cloud-Ressourcen genau dann bereitstellen, wenn sie benötigt werden, ohne dass es zu Verzögerungen kommt.

Vorteile: Diese Methode bietet flexible Skalierbarkeit, Kosten- und Betriebseffizienz, verbesserte Leistung und Verfügbarkeit. Automatisiertes Cloud Bursting kann die Ausfallsicherheit von Anwendungen und Diensten verbessern.

Nachteile: Datenlatenzprobleme können die Leistung beeinträchtigen, die Integration kann schwierig sein, die Konfiguration komplex und die automatisierte Skalierung zu Kostensteigerungen führen.

Manuelles Bursting

Manuelles Bursting ermöglicht es einem Unternehmen, Cloud-Services und -Ressourcen manuell bereitzustellen und wieder freizugeben. Es eignet sich für temporäre große Cloud-Bereitstellungen, wenn ein erhöhter Datenverkehr zu erwarten ist, oder um lokale Ressourcen für geschäftskritische Anwendungen freizugeben.

Vorteile: Die Kosten dieser Methode sind vorhersehbar. Sie bietet eine bessere Ressourcenkontrolle, erhöhte Sicherheit und ein geringeres Risiko für unbefugte Datenübertragungen.

Nachteile: Diese Methode ist im Vergleich zu automatisierten Methoden weniger skalierbar. Für die Ressourcenzuweisung und -verwaltung sind manuelle Eingriffe erforderlich. Es kann zu erhöhten Betriebskosten und Inkonsistenzen im Prozessmanagement kommen.

Containerisierung und Kubernetes

In modernen Cloud-Bursting-Architekturen spielt Containerisierung eine zentrale Rolle. Anwendungen werden zunehmend in Container verpackt und mit Plattformen wie Kubernetes orchestriert. Diese ermöglichen es, Workloads schnell, portabel und konsistent zwischen Private und Public Clouds zu verschieben.

Vorteile: Diese Methode ermöglicht eine schnellere Skalierung, bessere Auslastung der Ressourcen durch Containerdichte und einheitliche Deployments in hybriden Umgebungen.

Nachteile: Die Einrichtung ist komplex und erfordert einen hohen Wartungsaufwand. Es sind zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig.

Serverless und Function as a Service (FaaS)

Serverless Computing (wie AWS Lambda, Azure Functions) ermöglicht es, kleine Code-Einheiten ohne permanente Infrastruktur zu betreiben. Cloud Bursting wird hier ereignisbasiert und extrem dynamisch, zum Beispiel bei API-Lastspitzen oder kurzfristigen Rechenbedarfen.

Vorteile: Die Skalierung erfolgt ereignisbasiert, es fällt keine Infrastrukturverwaltung an und durch die Abrechnung nach tatsächlicher Nutzung sind die Kosten optimiert.

Nachteile: Diese Methoden sind nicht für alle Anwendungen geeignet, da die Ausführungsdauer begrenzt ist. Durch kleine Funktionen ist das Troubleshooting erschwert.

Wann benötigt ein Unternehmen Cloud Bursting?

Cloud Bursting empfiehlt sich für leistungsstarke, nicht kritische Anwendungen, die nicht sensible Informationen verarbeiten. Eine Anwendung kann lokal bereitgestellt und dann zur Bewältigung von Spitzenlasten in die Cloud ausgelagert werden. Alternativ kann sie in die Public Cloud verschoben werden, um lokale Ressourcen für geschäftskritische Anwendungen freizugeben. Cloud Bursting eignet sich am besten für Anwendungen, die nicht von einer komplexen Anwendungsbereitstellungsinfrastruktur oder der Integration mit anderen Anwendungen, Komponenten und Systemen innerhalb des Rechenzentrums abhängig sind.

Bei der Erwägung von Cloud Bursting muss ein Unternehmen auch die Sicherheits- und Compliance-Anforderungen prüfen. Beispielsweise wird Cloud Bursting oft als praktikable Option für Einzelhändler genannt, die während der Weihnachtssaison Nachfragespitzen verzeichnen. Allerdings bieten Cloud-Computing-Dienstleister nicht unbedingt eine Umgebung, die dem Payment Card Industry Data Security Standard entspricht, sodass Einzelhändler sensible Daten durch das Bursting in die Public Cloud gefährden könnten.

Weitere Anwendungsbereiche für Cloud Bursting sind:

• Softwareentwicklung und Big-Data-Modellierung: Unternehmen, die mit Big Data oder maschinellem Lernen arbeiten, können Cloud Bursting nutzen, um Modelle zu erstellen, die die Kapazität ihrer Private Cloud übersteigen.
• Marketingkampagnen: Unternehmen können Cloud Bursting für Marketingkampagnen nutzen, wenn sie dadurch einen hohen Traffic-Anstieg erwarten.
• Gesundheitswesen: Datenintensive Forschungsprojekte können von On-Demand-Hochleistungsrechnern profitieren, ebenso wie KI-gestützte Diagnoseverfahren.
• Einzelhandel und E-Commerce: Überlastungen aufgrund saisonaler Verkaufsspitzen können schnell und kostengünstig bewältigt werden, ohne dass permanente Investitionen in die Infrastruktur erforderlich sind.
• Edge Computing: Hierbei erfolgt die Datenverarbeitung lokal am Netzwerkrand (wie in einer Fabrikhalle). Cloud Bursting kann dann für rechenintensive Analyseprozesse oder Langzeitverarbeitung genutzt werden.

Cloud-Dienstleister Amazon Web Services, Google Cloud, Microsoft Azure und weitere Anbieter unterstützen Cloud Bursting mit verschiedenen Tools:

• AWS Outposts bringt die AWS-Infrastruktur ins eigene Rechenzentrum und vereinfacht Cloud-Bursting-Setups.
• Mit AWS EKS Anywhere können Kubernetes-Cluster On Premises betrieben und bei Bedarf mit mit AWS-Ressourcen erweitert werden.
• AWS Autoscaling und Elastic Load Balancing unterstützen Burst-Workloads bei plötzlichem Traffic-Anstieg.
• Azure Arc verwaltet Server, Kubernetes-Cluster und Datenbanken über verschiedene Umgebungen hinweg.
• Azure Stack HCI & Hub erweitern die Azure Cloud in lokale Rechenzentren.
• Autoscale-Funktionalitäten werden für VMs, Container und App Services eingesetzt.
• Google Anthos ist eine Plattform zur Verwaltung von Kubernetes-Clustern über GCP, On-Premises und andere Clouds hinweg.
• Google Cloud Run und Cloud Functions bieten Serverless-Optionen für kurzfristige Lastspitzen.
• Google Dataflow und BigQuery unterstützen Cloud Bursting für besonders datenintensive Workloads.
• VMware Tanzu ermöglicht Kubernetes-gestütztes Cloud Bursting über Public Clouds und vSphere hinweg.
• Red Hat OpenShift ist eine Hybrid-Plattform für Cloud Bursting in Enterprise-Umgebungen.
• Für regulierte Branchen mit strengen Compliance-Anforderungen wie das Bankwesen oder die Pharmaindustrie eignet sich IBM Cloud Satellite.

Die Vorteile von Cloud Bursting

Zu den wichtigsten Vorteilen von Cloud Bursting gehören:

• Kosten: Ein Unternehmen zahlt nur für zusätzliche Rechenressourcen, wenn diese benötigt werden. Ebenso können die Kosten für die Private Cloud-Infrastruktur gering gehalten werden, da nur minimale Ressourcen vorgehalten werden müssen.
• Flexibilität: Cloud Bursting kann schnell an den Kapazitätsbedarf angepasst werden und Private-Cloud-Ressourcen freigeben.
• Geschäftskontinuität: Eine Anwendung kann ohne Unterbrechung für die Benutzer in die Public Cloud ausgelagert werden.
• Verkehrsspitzen: Wenn ein Unternehmen einen plötzlichen Anstieg des Datenverkehrs erwartet, beispielsweise während der Feiertage, kann Cloud Bursting eingesetzt werden, um erwartete oder unerwartete Spitzen bei der Nachfrage nach Rechenressourcen zu bewältigen.

Die Herausforderungen beim Einsatz von Cloud Bursting

Cloud Bursting bringt jedoch auch einige Herausforderungen mit sich. Dazu gehören die folgenden:

• Sicherheit: Wenn eine Public Cloud angegriffen wird, können die Daten benachbarter Unternehmen gefährdet sein.
• Datenschutz: Es kann schwierig sein, Backups konsistent zu halten, wenn sie aus mehreren Quellen gespeist werden.
• Vernetzung: Unternehmen könnten Schwierigkeiten haben, redundante Verbindungen mit geringer Latenz und hoher Bandbreite zwischen Public und Private Clouds aufzubauen.
• Beobachtbarkeit (Observability): Logging, Tracing und Monitoring über hybride Umgebungen hinweg ist oft problematisch.
• Daten-Compliance über Ländergrenzen hinweg: Data Residency kann über Regionsgrenzen hinweg kritisch sein.

Weitere Probleme im Zusammenhang mit Cloud Bursting ergeben sich aus der potenziellen Inkompatibilität zwischen den verschiedenen Umgebungen und der begrenzten Verfügbarkeit von Management-Tools. Cloud-Computing-Dienstleister und Anbieter von Virtualisierungslösungen haben Tools entwickelt, um Workloads in die Cloud zu übertragen und hybride Umgebungen zu verwalten, doch diese erfordern oft, dass alle Umgebungen auf derselben Plattform basieren. Diese Herausforderungen führen in der Regel dazu, dass nur wenige Unternehmen Cloud-Bursting-Architekturen einsetzen können.

So implementieren Sie eine Cloud-Bursting-Strategie

Im Folgenden finden Sie einige Tipps für die Implementierung einer Cloud-Bursting-Strategie:

• Bewerten Sie Anwendungsfälle: Ermitteln Sie, wie Cloud Bursting in Ihrem Unternehmen vorteilhaft eingesetzt werden kann.
• Wählen Sie eine geeignete Architektur: Identifizieren Sie die primäre Umgebung und wählen Sie die richtige Architektur für die Anwendungsfälle aus.
• Wählen Sie einen Cloud-Anbieter: Bestimmen Sie, welcher der Cloud-Anbieter den Burst-Traffic am besten bewältigen kann.
• Entscheiden Sie sich zwischen automatisiertem und manuellem Bursting: Treffen Sie auf der Grundlage dieser Entscheidung geeignete Entscheidungen hinsichtlich Überwachung und Personal.
• Implementieren Sie Sicherheitsmaßnahmen: Wenden Sie Verschlüsselung während der Übertragung an und konfigurieren Sie Rollen, Zugriff und Authentifizierung.
• Implementieren Sie die Überwachung: Konfigurieren Sie Ressourcenauslöser wie CPU-Auslastung und Speicherverwaltung und richten Sie eine kontinuierliche Nutzungsüberwachung ein.
• Konfigurieren Sie die Skalierung: Definieren Sie geeignete Skalierungsrichtlinien und implementieren Sie bei Bedarf Auslöser.