Cloud Storage: Wie funk­tio­niert die Da­ten­spei­che­rung in der Cloud?

Mit Cloud Storage steht heut­zu­ta­ge eine Spei­cher­lö­sung zur Verfügung, bei der Sie keine eigene Hardware benötigen, um Fotos, Videos oder Dokumente außerhalb des eigenen Systems zu speichern und abrufbar zu machen. Wie funk­tio­niert ein solcher Service ei­gent­lich? Und welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus der Da­ten­si­che­rung in der Cloud?

Was ist Cloud Storage?

Cloud Storage (dt. Cloud-Speicher) be­zeich­net Spei­cher­platz, der Nutzenden über das Internet zur Verfügung gestellt wird. Dieser Speicher befindet sich also nicht auf dem eigenen Gerät der User, sondern auf einem oder auf mehreren externen Servern. In den meisten Fällen handelt es sich dabei um die Server spe­zi­el­ler Provider, die den Spei­cher­platz teils kos­ten­frei, teils für einen monatlich oder jährlich zu leis­ten­den Betrag über das Internet anbieten. Dieses Service-Modell, bei dem sich der Umfang und damit auch die Kosten der bezogenen Speicher-Res­sour­cen jederzeit re­gu­lie­ren lassen, be­zeich­net man auch als Public Cloud Storage (also als öf­fent­li­chen Cloud-Speicher).

Eine Al­ter­na­ti­ve ist der so­ge­nann­te Private Cloud Storage (privater Cloud-Speicher), der sich auf Servern in einem privaten Netzwerk – ty­pi­scher­wei­se einem Fir­men­netz – befindet und lediglich für User innerhalb dieses Netzwerks er­reich­bar ist. Der Betreiber (das Un­ter­neh­men selbst oder ein Dritt­an­bie­ter) hat in diesem Fall die volle Kontrolle über den Speicher, ist aber auch selbst für die er­for­der­li­che Hardware und die Ad­mi­nis­tra­ti­on ver­ant­wort­lich. Mit Hybrid Cloud Storage existiert darüber hinaus eine dritte Variante, bei der die interne Cloud-Speicher-Lösung mit einem externen Online-Speicher verknüpft wird. Dies ist ins­be­son­de­re für Un­ter­neh­men in­ter­es­sant, die ei­ner­seits internen Spei­cher­platz für sensible Daten und an­de­rer­seits öf­fent­lich er­reich­ba­re, leicht zu ska­lie­ren­de Ka­pa­zi­tä­ten benötigen.

Wie funk­tio­niert Cloud Storage?

Un­ab­hän­gig vom Cloud-Storage-Typ lässt sich das Funk­ti­ons­prin­zip fol­gen­der­ma­ßen erklären: Der Anbieter des Speichers stellt eine IT-In­fra­struk­tur zur Verfügung, die das rei­bungs­lo­se und sichere Ma­nage­ment der ge­wünsch­ten Server er­mög­licht. Diese Server fungieren im Rahmen des an­ge­bo­te­nen Cloud-Speicher-Dienstes nicht als ei­gen­stän­di­ge Systeme, sondern im Verbund. Zu diesem Zweck wird der Fest­plat­ten­spei­cher (zusammen mit anderen Kom­po­nen­ten wie bei­spiels­wei­se Ar­beits­spei­cher oder CPU) mithilfe von Hy­per­vi­so­ren vir­tua­li­siert. Diese Abs­trak­ti­ons­schich­ten, die zwischen der tat­säch­li­chen Hardware und der vir­tu­el­len Umgebung ver­mit­teln und auch als Virtual-Machine-Monitore (VMMs) be­zeich­net werden, un­ter­schei­det man in die zwei Typen Hy­per­vi­sor 1 und 2:

• Typ-1-Hy­per­vi­sor (bare-metal): Vir­tua­li­sie­rungs­soft­ware, die direkt auf dem Host­sys­tem aufsetzt und kein vor­in­stal­lier­tes Be­triebs­sys­tem benötigt; benötigt ent­spre­chen­de Treiber (Beispiel: VMware ESXi)
• Typ-2-Hy­per­vi­sor (hosted): Vir­tua­li­sie­rungs­soft­ware, die ein voll­wer­ti­ges, in­stal­lier­tes Be­triebs­sys­tem auf dem Host vor­aus­setzt; verwendet die Ge­rä­te­trei­ber des Be­triebs­sys­tems für den Hardware-Zugriff (Beispiel: Oracle VM Vir­tu­al­Box)

Der Zugriff auf den vir­tua­li­sier­ten Speicher funk­tio­niert in der Regel mithilfe der passenden Software. So bieten Public-Cloud-Storage-Services ty­pi­scher­wei­se nicht nur eine über den Browser abrufbare Web­an­wen­dung, sondern auch platt­form­spe­zi­fi­sche Ap­pli­ka­tio­nen für diverse Geräte. Mit diesen können Nut­ze­rin­nen und Nutzer sich anmelden und an­schlie­ßend auf den Speicher zugreifen. Bereits ge­si­cher­te Dateien lassen sich dabei von jedem un­ter­stütz­ten Gerät (Computer, Tablet, Smart­phone etc.) abrufen, sofern eine aktive In­ter­net­ver­bin­dung besteht. Bei Private Cloud Storage ist hingegen eine Ver­bin­dung zu dem je­wei­li­gen Intranet bzw. VPN (Virtual Private Network) er­for­der­lich, um die Spei­cher­lö­sung nutzen zu können.

Wie sieht die Ar­chi­tek­tur von Cloud Storage aus?

Aufgrund der hohen An­for­de­run­gen, die eine Cloud-Speicher-Lösung erfüllen muss, sind Betreiber auf eine Speicher-Ar­chi­tek­tur an­ge­wie­sen, die die klas­si­sche da­tei­ba­sier­te Spei­che­rung in puncto Leis­tungs­fä­hig­keit über­trifft. Diese Spei­cher­form, die auf einem hier­ar­chisch or­ga­ni­sier­ten Da­tei­sys­tem basiert, leistet zwar als Stan­dard­lö­sung gute Dienste – für das Ma­nage­ment von Mil­li­ar­den von Dateien inklusive Metadaten eignet sie sich aber kaum. Cloud-Storage-Dienste nutzen daher zwei Al­ter­na­ti­ven, um den Speicher der eigenen Server zu for­ma­tie­ren:

1. Block Storage (block­ba­sier­te Spei­che­rung)
2. Object Storage (ob­jekt­ba­sier­te Spei­che­rung)

Block Storage: Das block­ba­sier­te Spei­cher­for­mat für struk­tu­rier­te Daten

Bei Block Storage (Block­spei­cher) handelt es sich um ein flexibles und logisch struk­tu­rier­tes Spei­cher­mo­dell, bei dem sämtliche Daten in gleich große Da­ten­blö­cke auf­ge­glie­dert werden, die wiederum eigene Adressen erhalten. Die Adressen der phy­si­schen Spei­cher­zel­len werden abs­tra­hiert, sodass der ei­gent­li­che Standort der Spei­cher­ein­hei­ten für die Da­tei­spei­che­rung keinerlei Rolle spielt. Auf welcher Fest­plat­te bzw. welchem Server neue Daten landen, wie die einzelnen Blöcke an­ge­ord­net werden sollen und wie der Zugriff auf diese funk­tio­niert, lässt sich dadurch ganz einfach per Software re­gu­lie­ren. In der Cloud eignet sich Block Storage ins­be­son­de­re als Spei­cher­for­mat für Da­ten­bank­an­wen­dun­gen und andere Programme, die mit struk­tu­rier­ten Daten arbeiten.

Object Storage: Ob­jekt­ba­sier­te Or­ga­ni­sa­ti­on un­struk­tu­rier­ter Daten

Object Storage (Ob­jekt­spei­cher) ist ein Spei­cher­sys­tem, das Dateien als Objekte inklusive der ent­spre­chen­den Metadaten speichert. Jedes Objekt erhält eine ein­deu­ti­ge Iden­ti­fi­ka­ti­ons­num­mer, über die es von zu­grei­fen­den An­wen­dun­gen an­ge­steu­ert werden kann, ohne dass eine Zu­griffs­kon­trol­le er­for­der­lich ist. Es ist nicht möglich, ge­spei­cher­te Objekte zu verändern – jegliche Än­de­run­gen sorgen dafür, dass ein neues Objekt erstellt wird, das die an­ge­pass­te Version der Ori­gi­nal­da­tei enthält. Das macht Ob­jekt­spei­cher zum optimalen Cloud-Storage-Format für Online-Backup- und Ar­chi­vie­rungs­lö­sun­gen. Zudem ist das ob­jekt­ba­sier­te Ma­nage­ment gut für die Spei­che­rung von Mul­ti­me­dia­da­tei­en wie Musik, Videos oder Filmen geeignet, die lediglich gelesen werden (bei­spiels­wei­se bei der Nutzung von Streaming-Diensten).

Die Vorteile von Cloud Storage

Dateien in der Cloud zu speichern, kann aus vielerlei Gründen sinnvoll sein. Einer der ent­schei­dends­ten Vorzüge dieser Spei­cher­lö­sung: Sie erspart Ihnen den Kauf und das Ma­nage­ment eigener Hardware. Wenn Sie sich nicht gerade für eine interne Cloud-Lösung ent­schei­den, liegt die Ver­ant­wor­tung für sämtliche zu­grun­de­lie­gen­de In­fra­struk­tur bei dem Provider. Nutzen Sie Cloud Storage, um Backups Ihrer Daten zu erstellen, hat die Aus­la­ge­rung der Res­sour­cen zudem den Vorteil, dass Original und Si­cher­heits­ko­pie nicht am selben Ort liegen. Auf diese Weise beugen Sie einem kom­plet­ten Da­ten­ver­lust durch Brände oder Diebstahl vor. Weitere Vorteile von Cloud Storage sind:

• Fle­xi­bi­li­tät: Sie mieten Cloud-Speicher, wenn Sie diesen benötigen, und bestellen diesen ab, wenn der Bedarf nicht mehr aktuell ist. Setzen Sie hingegen auf eigene Hardware, werden Sie diese in der Regel nicht so einfach wieder los, wenn Sie nur noch weniger Speicher brauchen.
• Ska­lier­bar­keit: Die Vir­tua­li­sie­rung der Spei­cher­um­ge­bung er­mög­licht eine pass­ge­naue Auswahl des Spei­cher­vo­lu­mens, das sich zudem jederzeit anpassen lässt, wenn Sie mehr oder weniger Platz benötigen.
• Ver­füg­bar­keit: Public Cloud Storage ist jederzeit und von jedem Gerät aus verfügbar, solange Sie über eine aktive In­ter­net­ver­bin­dung verfügen. Somit können Sie sogar von unterwegs auf Ihre Dateien zugreifen.

Welche Nachteile hat Cloud Storage?

Cloud-Speicher erweist sich in vielen Punkten als in­ter­es­san­te und leis­tungs­star­ke Al­ter­na­ti­ve zu klas­si­schen Spei­cher­lö­sun­gen. Es gibt aber Szenarien, in denen die Da­tei­si­che­rung in der Cloud mit Nach­tei­len verknüpft ist. Allen voran wäre da die Ab­hän­gig­keit von der In­ter­net­ver­bin­dung bzw. der je­wei­li­gen Intranet-Ver­bin­dung zum internen Private-Cloud-Server zu nennen. Ei­ner­seits spielt hierbei die Sta­bi­li­tät eine Rolle – denn wenn die Ver­bin­dung nicht funk­tio­niert, bleibt auch der Zugriff auf den Cloud Storage verwehrt. An­de­rer­seits ist die zur Verfügung stehende Band­brei­te ent­schei­dend für eine flüssige Über­tra­gung der Daten, was ins­be­son­de­re bei mobilem Netz­zu­gang pro­ble­ma­tisch werden kann. Darüber hinaus ist Cloud Storage noch mit folgenden Nach­tei­len verbunden:

• Ab­hän­gig­keit vom Provider: Wenn Sie sich für eine externe Cloud-Storage-Lösung ent­schei­den, sind Sie au­to­ma­tisch vom je­wei­li­gen Anbieter abhängig. Un­ge­wünsch­te Än­de­run­gen am Angebot oder die Ein­stel­lung des Services lassen sich nicht aus­schlie­ßen.
• Si­cher­heit: Der Versand der Daten über Netz­werk­gren­zen hinaus birgt Si­cher­heits­ri­si­ken – nicht alle Provider bieten eine TLS/SSL-Ver­schlüs­se­lung der ge­spei­cher­ten Daten. Zudem ist die ein­ge­setz­te IT-In­fra­struk­tur (des Providers) ein at­trak­ti­ves An­griffs­ziel.
• Da­ten­schutz: Geht es um das Thema Da­ten­schutz, ist die Spei­che­rung von Daten in der Cloud grund­sätz­lich pro­ble­ma­tisch. Da die Server vieler Anbieter außerhalb Deutsch­lands stehen, ist die Spei­che­rung von Nut­zer­da­ten häufig nicht mit den hier­zu­lan­de geltenden ge­setz­li­chen Richt­li­ni­en vereinbar.

Pro­mi­nen­te Cloud-Storage-Anbieter im Überblick