Definition: Redundanz im Zusammenhang mit Cloud-Technologien Funktionale Redundanz, Georedundanz und Datenredundanz in der Cloud

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Redundanz bezeichnet die geplante Mehrfachauslegung technischer Komponenten, um die Verfügbarkeit und Sicherheit von IT-Umgebungen zu steigern. Grundsätzlich kann zwischen Datenredundanz, funktionaler Redundanz und Georedundanz unterschieden werden. Cloud-Computing-Architekturen sind in sich redundant gestaltet.

Was versteht man unter Redundanz im Zusammenhang mit Cloud-Technologien? In der IT bezeichnet der Begriff Redundanz die geplante Mehrfachauslegung technischer Systemkomponenten. Redundante Komponenten verhindern, dass bei Problemen oder Störungen wie dem Ausfall von Servern oder von Datenverbindungen einzelne Services oder komplette IT-Umgebungen ausfallen. Verfügbarkeit und Sicherheit der Hard- und Software-Ressourcen werden durch Redundanzen gesteigert.

Auch im Cloud Computing ist Redundanz von hoher Relevanz. Cloud-Anbieter treffen zahlreiche Vorkehrungen, um ihre Cloud-Computing-Architekturen in sich redundant zu gestalten. Beispielsweise sind wichtige Systemkomponenten gedoppelt, Daten mehrfach gespeichert und Services an verschiedenen Cloud-Standorten gehostet. Grundsätzlich kann zwischen funktionaler Redundanz, Datenredundanz und Georedundanz unterschieden werden.

Cloud-Ressourcen sind aber nicht nur in sich redundant, sie werden auch eingesetzt, um lokale Rechenzentren und On-Premises betriebene produktive Workloads abzusichern. Bei einem lokalen Ausfall übernehmen die über die Cloud bereitgestellten Ressourcen und Services deren Funktionen. Mit Cloud-Computing lassen sich zudem verschiedene Disaster-Recovery-Szenarien abdecken. Um sich bei der Nutzung von Cloud-Services nicht von einzelnen Anbietern abhängig zu machen und Ausfälle in deren Cloud-Architekturen zu kompensieren, sind Multicloud-Strategien einsetzbar. Multi-Cloud-Umgebungen sorgen für Redundanzen über mehrere Anbieter hinweg. In solchen Umgebungen können die bei einem bestimmten Anbieter gestörten Cloud-Ressourcen oder -Services im Bedarfsfall von einem anderen Anbieter bezogen werden.

Grundsätzliches zur Redundanz in der IT

Der Begriff Redundanz leitet sich vom lateinischen Verb „redundare“ ab. Es bedeutet „an etwas Überfluss haben“ oder „im Überfluss vorhanden sein“. Im IT-Umfeld spricht man von Redundanz, wenn technische Komponenten bewusst mehrfach vorhanden sind, um die Fehlertoleranz, Verfügbarkeit und Sicherheit eines Systems zu steigern. Wichtige Systemkomponenten sind beispielsweise gedoppelt, Datenverbindungen parallel vorhanden und Daten mehrfach an verschiedenen Orten gespeichert oder gespiegelt. Grundsätzlich lässt sich zwischen funktionaler Redundanz, Datenredundanz und Georedundanz unterscheiden. Sind technische Komponenten nur einfach vorhanden, stellen diese einen Single Point of Failure (SPoF) dar. Fällt diese Komponente aus, ist unter Umständen das komplette System gestört. Ein SPoF ist quasi das Gegenteil von Redundanz.

Die höhere Verfügbarkeit durch Redundanz lässt sich berechnen. Ein einfaches Rechenbeispiel für die Redundanz eines gedoppelten Systems sieht folgendermaßen aus:
Zwei Einzelsysteme haben jeweils eine Verfügbarkeit von 99 Prozent. Sie haben keine gegenseitigen Störeinflüsse und können sich im Störungsfall gegenseitig voll ersetzen. Die Verfügbarkeit des Gesamtsystems ergibt sich durch die Multiplikation der Ausfallrisiken der Einzelsysteme von jeweils einem Prozent (0,01 x 0,01 = 0,0001). Das Gesamtsystem hat dementsprechend eine Verfügbarkeit von 99,9999 Prozent.

Beispiele für Redundanzen im IT-Umfeld sind:

• gedoppelte Stromversorgungen und Klimaanlagen,

• mehrfach vorhandene und räumlich getrennte Server,

• parallele Netzwerkverbindungen

• redundante Netzwerkknoten,

• mehrfach vorhandene Softwarekomponenten,

• redundante Netzwerkmanagementsysteme,

• mehrfach vorhandene Sicherheitsgateways wie Firewalls,

• über verschiedene Storage-Systeme und Standorte gespiegelte Datenbestände.

Was versteht man unter Georedundanz?

Bei der Georedundanz sind ein oder mehr Rechenzentren über größere Distanzen durch redundante Rechenzentren an anderen Standorten abgesichert. Georedundanz schützt vor dem Ausfall eines kompletten Rechenzentrums und vor räumlich begrenzten Katastrophenszenarien wie Naturkatastrophen. Sie stellt eine hohe Absicherungsstufe für kritische Ressourcen und Services dar. Beim Ausfall eines Standorts kann das redundante Rechenzentrum sämtliche Ressourcen und Services bereitstellen. Hierfür müssen nicht nur die Hard- und Softwarekomponenten, sondern auch alle benötigten Daten an einem anderen Standort bereitgehalten werden.

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) legte 2019 den Mindestabstand georedundanter Standorte auf 200 Kilometer fest. Diese Mindestdistanz soll vor Großschadenereignissen und Naturkatastrophen wie Überschwemmungen schützen. Für bestimmte kritische Infrastrukturen und Bundeseinrichtungen ist Georedundanz eine verpflichtende Anforderung. Cloud-Plattformen bieten in der Regel in sich Georedundanz. Sie lassen sich zudem für die georedundante Absicherung lokaler Rechenzentren einsetzen.

Maßnahmen der Cloud-Anbieter für Redundanzen in ihren Cloud-Computing-Umgebungen

Cloud-Computing-Umgebungen sind an vielen Stellen redundant ausgelegt. Die Cloud-Anbieter ergreifen verschiedene Maßnahmen, um für Redundanzen in ihren Cloud-Architekturen zu sorgen und die Verfügbarkeit und Sicherheit der für ihre Kunden bereitgestellten Dienste zu steigern. Von Anbieter zu Anbieter können sich die vorhandenen Redundanzen abhängig von der Geschäftsstrategie und der technischen Ausstattung unterscheiden. Die technische Basis für die Redundanz der Cloud-Dienste stellen die Cloud-Rechenzentren mit ihrer IT-Ausstattung zur Verfügung.

In den Cloud-Rechenzentren sind die für IT-Umgebungen üblichen Hardware-Redundanzen wie gedoppelte Stromversorgungen und Klimaanlagen, parallele Netzwerkverbindungen, redundante Netzwerkknoten, räumlich getrennte Server etc. vorhanden. Virtualisierungskonzepte entkoppeln die Hardware-Ressourcen von den Services und ermöglichen eine flexible Bereitstellung der Dienste. Im Störungsfall lassen sich Cloud-Services ohne Kundenauswirkung auf redundanten Hardware-Systemen mehr oder weniger unterbrechungsfrei weiter betreiben. Da Kunden über Netzwerkverbindungen auf die Cloud-Plattformen zugreifen, spielt die Netzwerk-Redundanz für die Verfügbarkeit der Cloud-Computing-Architektur eine wichtige Rolle.

Große, global agierende Cloud-Anbieter betreiben ihre Cloud-Rechenzentren weltweit verteilt. Je nach Cloud-Provider existieren unterschiedliche regionale und überregionale Redundanzkonzepte. Teilweise sind geografisch begrenzte Regionen in sich redundant oder über mehrere Regionen hinweg redundant gestaltet. Daten werden häufig nicht nur doppelt gespeichert, sondern mehrfach über verschiedene Standorte und Regionen hinweg synchron repliziert.

Cloud-Computing-Ressourcen als Redundanz für lokale Rechenzentren oder private Clouds

Zur Steigerung der Verfügbarkeit lokal bereitgestellter Workloads und Services lassen sich Ressourcen der verschiedenen Service-Modelle des Cloud-Computings wie Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS) oder Software as a Service (SaaS) nutzen. Disaster-Recovery-Lösungen mit vollständigen Georedundanzen sind ohne eigene Investitionen in zusätzliche Standorte und Hardware realisierbar. Zur Absicherung privater Cloud-Computing-Architekturen lassen sich hybride Cloud-Konzepte bestehend aus Public- und Private-Cloud-Anteilen einsetzen.

Anbieterunabhängige Redundanzen im Cloud-Computing durch das Multicloud-Konzept

Eine Multicloud ermöglicht es Unternehmen, Cloud-Services von verschiedenen Anbietern zu beziehen. Die Multicloud-Strategie verhindert Abhängigkeiten von einzelnen Anbietern und sorgt für eine zusätzliche anbieterunabhängig Redundanz des Cloud Computings. Ausfälle in den Cloud-Architekturen einzelner Provider lassen sich kompensieren, indem vom Ausfall betroffene Services über eine andere Cloud-Plattform bezogen werden. Damit auch die Daten im Bedarfsfall anbieterunabhängig zur Verfügung stehen, erfordert die Multicloud-Redundanz entsprechende anbieterübergreifende Datenreplikations- oder Datenbereitstellungsmechanismen.

Public, Private, Hybrid & Co.: Definitionen rund um Cloud Computing

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