Definition: Dezentralisierte Cloud-Computing-Ressourcen

Was ist eine Distributed Cloud?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Florian Karlstetter

Der Ansatz der „Distributed Cloud“: dezentralisierte Cloud-Computing-Ressourcen mit kürzerer Distanz zum Nutzer - Funktionen und Vorteile im Überblick.
Der Ansatz der „Distributed Cloud“: dezentralisierte Cloud-Computing-Ressourcen mit kürzerer Distanz zum Nutzer - Funktionen und Vorteile im Überblick. (Bild: gemeinfrei (geralt / pixabay) / Pixabay)

Eine Distributed Cloud stellt ihre Ressourcen nicht mehr nur zentral zur Verfügung, sondern bietet dezentralisierte Cloud Services mit geringerer Distanz zwischen Service-Quelle und Service-Nutzer. Dadurch lassen sich die Latenz der Datenübertragung reduzieren und die Performance der Services steigern.

Distributed Cloud: für geringere Latenz und höhere Performance von Cloud Services. Eine Distributed Cloud ist ein Cloud-Service-Modell, das nicht mehr nur zentrale Cloud Services bereitstellt, sondern die Ressourcen näher zum Nutzer der Services bringt. Sie setzt sich aus zentralen und dezentralisierten Services zusammen und sorgt für eine optimale Nutzung der Netzwerkzugangsmöglichkeiten und der zur Verfügung stehenden Transportbandbreiten. Die Services lassen sich an verschiedenen Lokationen ansprechen. Vorteile der Distributed Cloud sind unter anderem eine geringere Latenz, höhere Performance und bessere Redundanz. Multi-Access Edge Computing (MEC) und Fog Computing sind Anwendungen einer Distributed-Cloud-Infrastruktur. Einsatzbereiche für die Distributed Cloud sind das Internet of Things (IoT), die Industrie 4.0, Video Streaming, Machine Learning, Künstliche Intelligenz (KI), autonomes Fahren, Content Delivery Networks und viele mehr.

Konzept und Architektur der Distributed Cloud

Eines der wichtigsten Ziele der Distributed Cloud ist es, Cloud Services geographisch näher an den User zu bringen und die Latenz zu verringern. Distributed Clouds können konzeptionell unterschiedlich aufgebaut sein. Oft kommen hierarchische Cloud-Konzepte zur Realisierung zum Einsatz. Services sind in diesem Fall über verschiedene Cloud-Hierarchien bereitgestellt. Diese Hierarchieebenen sind:

  • die zentrale Cloud
  • mehrere regionale Clouds
  • viele Edge Clouds

Die zentrale Cloud bietet alle Services und empfängt oder sendet Daten von regionalen Clouds oder Edge Clouds. Regionale Clouds übernehmen Proxy- und Caching-Funktionen und agieren als Zwischenstationen zwischen Core Cloud und Edge Cloud oder bieten selbst Services an. Die Edge Clouds sind möglichst nahe am User platziert und stellen Cloud Services mit minimaler Latenz zur Verfügung.

Caching als wichtige Technologie einer Distributed Cloud

Zur Realisierung verteilter Cloud-Architekturen kommen viele verschiedene Technologien zum Einsatz. Eine wichtige Rolle für eine Distributed Cloud spielt das Caching. Um Daten nicht für jede Anfrage von einer zentralen Core Cloud neu laden zu müssen, sondern die Informationen nahe am User bereitzuhalten, sind intelligente Caching-Mechanismen notwendig. Beim Caching geht es nicht nur um das Zwischenspeichern von Daten, sondern in einigen Fällen von kompletten Services. Das Caching muss sicherstellen, das die häufig benötigten Daten und Dienste tatsächlich direkt im Edge-Bereich vorgehalten werden. Darüber hinaus haben sich die zwischengespeicherten Daten in einer hierarchischen Struktur ständig mit regionalen und zentralen Cloud Services zu synchronisieren, um Inkonsistenzen zu vermeiden.

Die Herausforderung der Heterogenität für eine Distributed Cloud

Distributed Clouds setzen sich aus vielen unterschiedlichen Einzelkomponenten und Services zusammen. Es entsteht ein heterogenes Umfeld, das es zu meistern gilt. Die Distributed Cloud hat die Kompatibilität zwischen den Services, Netzen und Einzelkomponenten herzustellen. Die Heterogenität kann in verschiedenen Bereichen auftreten. Diese Bereiche sind:

  • heterogene Hardwareplattformen und Infrastrukturen
  • heterogene Netzwerktechnologien, -anbindungen und -geräte
  • heterogene Softwareimplementierungen
  • heterogene Service-Anbieter

Vorteile einer Distributed Cloud

Das Konzept der Distributed Cloud bietet einige Vorteile. Cloud-Provider nutzen das verteilte Cloud-Modell, um ihre Cloud Services mit höherer Performance, besserer Verfügbarkeit und geringerer Latenz zum User zu bringen. Durch die Nutzung einer verteilten Architektur lassen sich die Services zudem besser skalieren und an die Bedürfnisse der User anpassen. Sowohl die Performance des Netzwerks als auch des Services selbst sind gut skalierbar. Dadurch, dass weniger Daten an eine zentrale Cloud zu senden sind, reduziert sich der zentrale Bandbreitenbedarf drastisch. Engpässe und Stausituationen lassen sich vermeiden. Dies gilt besonders für Anwendungen mit hohem Bedarf an Bandbreite wie beispielsweise das Videostreaming.

Auch regulatorische oder Compliance-Vorgaben sprechen unter Umständen für den Einsatz einer Distributed Cloud. Cloud Services lassen sich räumlich verteilt gemäß unterschiedlicher länderspezifischer oder regionaler Vorgaben bereitstellen. Die Verfügbarkeit der Services steigt, da verteilte Cloud-Strukturen für eine gewisse Zeit unabhängig von der Verfügbarkeit der Core Cloud weiter funktionieren. Anwendungen wie beispielsweise autonomes Fahren oder automatisierte Prozesse der Industrie 4.0 profitieren davon, da die höhere Verfügbarkeit für mehr Sicherheit sorgt oder Produktionsausfälle vermeidet. Weitere Vorteile sind:

  • die Cloud-Struktur ist für den Anwender transparent und arbeitet unabhängig vom Standort des Users
  • die Distributed Cloud eignet sich bestens für die mobile Nutzung und bietet für jeden Standort optimierte Leistungen
  • die Distributed Cloud eignet sich aufgrund der geringen Latenzen für Real-Time-Anwendungen
  • Services lassen sich mit definierter Quality of Service an beliebigen Standorten bereitstellen

Anwendungsbeispiele für eine Distributed Cloud

Die Distributed Cloud eignet sich für unterschiedlichste Anwendungen. Eine typische Anwendung sind Content Delivery Networks. Über die Dezentralisierung ist sichergestellt, dass Content wie Videos in hoher Qualität unabhängig vom Standort des Benutzers ausgeliefert wird. Content-Delivery-Lösungen arbeiten über verschiedene Netzwerktechnologien hinweg und setzen dezentrale Speichersysteme mit intelligenten Caching-Technologien ein. Sie stellen hohe Bandbreiten für die Anwender zur Verfügung und reduzieren die zentral benötigten Netzwerkkapazitäten. Anstatt jeden Videostream von der Quelle bis zum Empfänger mehrfach auszuliefern und zu übertragen, wird das Bildmaterial dezentral vorgehalten und erst von dort an die Empfänger gesendet.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Verarbeitung und Speicherung personenbezogener Daten. Es existieren gesetzliche oder regulatorische Vorgaben, die eine Verarbeitung personenbezogener oder anderer sensibler Daten außerhalb eines bestimmten Landes oder einer Region untersagen oder nur unter strengen Auflagen erlauben. Eine Distributed Cloud lässt sich einsetzen, um sämtliche betroffene Daten innerhalb der gewünschten Region zu halten.

Autonomes Fahren greift auf Services zurück, die die von den Fahrzeugsensoren erfassten Daten verarbeiten und die Ergebnisse an die Fahrzeuge zurückmelden, um in den jeweiligen Fahrsituationen passend zu reagieren. Eine Distributed Cloud sorgt dafür, dass die Daten in Echtzeit mit minimaler Latenz verarbeitet und übertragen werden. Zudem verhindert die verteilte Architektur, dass Abhängigkeiten von zentralen Cloud-Komponenten entstehen. Ähnlich verhält es sich mit den Daten automatisierter Prozesse der Industrie 4.0 oder des Internet of Things (IoT). Auch hier sind die Anwendungen darauf angewiesen, dass große Mengen von Daten in kürzester Zeit verarbeitet und Ausfallzeiten der Services minimiert werden.

Cloud Storage, dezentralisiert

Die hybrid distributed architecture von Cubbit setzt auf den Schwarm-Faktor der User.
Die hybrid distributed architecture von Cubbit setzt auf den Schwarm-Faktor der User. (Bild: Cubbit.io)

Distributed Cloud-Modelle finden sich auch im Storage-Umfeld. So verfolgt beispielsweise Storj einen dezentralen Ansatz einer Speicherplattform, gepaart mit Blockchain-Technologie. Ähnlich dezentrale Konzepte verfolgen auch MaidSafe mit einem dezentralen Daten-Netzwerk oder das blockchain-basierte Storage-Network von Filecoin.

Das italienische Startup Cubbit.io bezeichnet die verwendete Technologie gleich direkt als Distributed Cloud. Der Ansatz von Cubbit liegt in der verschlüsselten Bereitstellung von Speicherplatz über ein Peer-to-Peer-Netzwerk. Ein Beitrag im Wolkenwalzer Blog liefert weitere Details zum Konzept.

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