Cloud Storage: Wie funk­tio­niert die Da­ten­spei­che­rung in der Cloud?

Ein Cloud-Speicher ist ein Online-Spei­cher­platz, auf den Nutzende über das Internet zugreifen können. Statt Daten lokal auf einem Gerät zu speichern, werden sie auf externen Servern abgelegt. Das er­mög­licht flexiblen Zugriff von überall, einfache Zu­sam­men­ar­beit und eine ska­lier­ba­re Nutzung je nach Bedarf.

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 größerer Provider wie Google oder Microsoft. Geringe Spei­cher­ka­pa­zi­tä­ten von wenigen GB werden häufig kostenlos be­reit­ge­stellt. Für mehr Spei­cher­platz oder zu­sätz­li­che Funk­tio­nen ist in der Regel ein mo­nat­li­ches oder jähr­li­ches Abon­ne­ment er­for­der­lich.

Arten von Cloud Storage

Je nach An­for­de­run­gen und Ein­satz­be­reich lassen sich ver­schie­de­ne Formen von Cloud Storage un­ter­schei­den:

• Public Cloud Storage (öf­fent­li­cher Cloud-Speicher): Das klas­si­sche Modell für Ein­zel­per­so­nen und viele Un­ter­neh­men. Der Speicher wird von externen Anbietern über das Internet be­reit­ge­stellt und flexibel genutzt.
• Private Cloud: Diese Variante basiert auf Servern innerhalb eines privaten Netzwerks, meist einem Fir­men­netz. Der Zugriff ist auf au­to­ri­sier­te Personen, Systeme oder Standorte be­schränkt und erfolgt je nach Umsetzung intern, via VPN (Virtual Private Network), über de­di­zier­te Ver­bin­dun­gen oder über ab­ge­si­cher­te externe Zugänge. Der Be­trei­ben­de (Un­ter­neh­men oder Dienst­leis­ter) hat die volle Kontrolle, ist jedoch auch für Hardware und Ad­mi­nis­tra­ti­on ver­ant­wort­lich.
• Hybrid Cloud: Hier wird eine interne Cloud-Lösung mit externem Cloud-Speicher kom­bi­niert. Das ist besonders sinnvoll, wenn sensible Daten intern ge­spei­chert werden sollen, während gleich­zei­tig ska­lier­ba­re Ka­pa­zi­tä­ten aus der Public Cloud genutzt werden.
• Multi-Cloud: Bei diesem Ansatz werden mehrere Cloud-Anbieter parallel genutzt. Ziel ist es, Ab­hän­gig­kei­ten zu vermeiden, die Aus­fall­si­cher­heit zu erhöhen und je nach Anwendung die besten Leis­tun­gen ver­schie­de­ner Anbieter zu kom­bi­nie­ren.

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 be­nö­tig­ten Res­sour­cen er­mög­licht. Diese In­fra­struk­tur basiert in der Regel auf ver­teil­ten Systemen, bei denen mehrere Server in Re­chen­zen­tren mit­ein­an­der verbunden sind und gemeinsam arbeiten.

Vir­tua­li­sie­rung

Um die vor­han­de­nen Hardware-Res­sour­cen effizient zu nutzen, werden Speicher, Re­chen­leis­tung und weitere Kom­po­nen­ten vir­tua­li­siert. Klas­si­scher­wei­se geschieht dies mithilfe von Hy­per­vi­so­ren, die als Abs­trak­ti­ons­schicht zwischen phy­si­scher Hardware und vir­tu­el­ler Umgebung fungieren. Diese so­ge­nann­ten Virtual-Machine-Monitore (VMMs) werden in zwei Typen un­ter­teilt:

• Typ-1-Hy­per­vi­sor (Bare Metal): Vir­tua­li­sie­rungs­soft­ware, die direkt auf dem Host­sys­tem aufsetzt und kein vor­in­stal­lier­tes Be­triebs­sys­tem benötigt; benötigt ent­spre­chen­de Treiber (Beispiel: VMware ESXi by Broadcom)
• 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)

Neben dieser klas­si­schen Vir­tua­li­sie­rung kommen in modernen Cloud-Um­ge­bun­gen zunehmend auch con­tai­ner­ba­sier­te Tech­no­lo­gien zum Einsatz. Während bei Hy­per­vi­so­ren komplette virtuelle Maschinen inklusive eigenem Be­triebs­sys­tem betrieben werden, teilen sich Container ein ge­mein­sa­mes System und enthalten nur die wirklich be­nö­tig­ten Be­stand­tei­le einer Anwendung. Dadurch starten sie schneller, ver­brau­chen weniger Res­sour­cen und lassen sich einfacher skalieren.

Anwendung

Der Zugriff auf den Cloud-Speicher funk­tio­niert in der Regel über die passenden Soft­ware­lö­sun­gen. So bieten Public-Cloud-Storage-Services ty­pi­scher­wei­se sowohl brow­ser­ba­sier­te Web­an­wen­dun­gen als auch platt­form­spe­zi­fi­sche Apps für ver­schie­de­ne Geräte. Darüber hinaus er­mög­li­chen stan­dar­di­sier­te Schnitt­stel­len (APIs) die direkte In­te­gra­ti­on in An­wen­dun­gen, Back­up­sys­te­me oder andere IT-Dienste.

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 oder zu einem VPN 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, setzen Anbieter auf leis­tungs­fä­hi­ge, verteilte Speicher-Ar­chi­tek­tu­ren. Dabei werden Daten nicht nur auf einzelnen Servern ge­spei­chert, sondern über mehrere Systeme und Re­chen­zen­tren hinweg verteilt. Das erhöht die Aus­fall­si­cher­heit, Ver­füg­bar­keit und Ska­lier­bar­keit.

Klas­si­sche da­tei­ba­sier­te Spei­cher­lö­sun­gen, die auf hier­ar­chi­schen Da­tei­sys­te­men basieren, leisten zwar weiterhin gute Dienste. Für das Ma­nage­ment sehr großer Da­ten­men­gen inklusive Metadaten sind sie jedoch oft weniger effizient als moderne Cloud-Ansätze. Auf In­fra­struk­tur­ebe­ne werden Cloud-Speicher häufig in drei grund­le­gen­de Spei­cher­for­men un­ter­teilt:

1. Block Storage
2. Object Storage
3. File Storage

Block Storage: Das block­ba­sier­te Spei­cher­for­mat für struk­tu­rier­te Daten

Bei Block Storage handelt es sich um ein flexibles und logisch struk­tu­rier­tes Spei­cher­mo­dell, bei dem sämtliche Daten in gleich große Da­ten­blö­cke auf­ge­glie­dert werden, die jeweils eine eigene Adresse erhalten. Die physische Spei­che­rung wird dabei abs­tra­hiert, sodass der tat­säch­li­che Spei­cher­ort der Daten keine Rolle spielt.

Wie die einzelnen Blöcke or­ga­ni­siert sind und auf welchen Systemen sie ge­spei­chert werden, lässt sich voll­stän­dig per Software steuern. Dadurch eignet sich Block Storage besonders für An­wen­dun­gen, die mit struk­tu­rier­ten Daten arbeiten – etwa Da­ten­ban­ken oder trans­ak­ti­ons­ba­sier­te Systeme.

Object Storage: Ob­jekt­ba­sier­te Or­ga­ni­sa­ti­on un­struk­tu­rier­ter Daten

Object Storage speichert Daten als einzelne Objekte inklusive um­fang­rei­cher Metadaten. Jedes Objekt erhält eine ein­deu­ti­ge Iden­ti­fi­ka­ti­ons­num­mer und wird über stan­dar­di­sier­te Schnitt­stel­len (APIs) an­ge­spro­chen. Eine klas­si­sche Ord­ner­struk­tur ist dabei nicht er­for­der­lich.

Objekte werden üb­li­cher­wei­se als un­ver­än­der­lich behandelt. Än­de­run­gen erfolgen daher nicht block­wei­se innerhalb eines Objekts, sondern durch das Ersetzen des Objekts. Ist Ver­sio­nie­rung aktiviert, können frühere Ob­jekt­ver­sio­nen erhalten bleiben. Dadurch eignet sich Ob­jekt­spei­cher besonders für Online-Backup, Ar­chi­vie­rung sowie große un­struk­tu­rier­te Da­ten­men­gen wie Bilder, Videos oder Log-Dateien.

File Storage: Klas­si­scher Da­tei­zu­griff über das Netzwerk

File Storage stellt Daten in einer ver­trau­ten Ordner- und Da­tei­struk­tur bereit, auf die über Netz­werk­pro­to­kol­le wie NFS oder SMB zu­ge­grif­fen wird. Diese Form des Speichers ist besonders dann sinnvoll, wenn mehrere User oder Systeme gleich­zei­tig auf ge­mein­sa­me Dateien zugreifen müssen.

Typische Ein­satz­be­rei­che sind ge­mein­sa­me Laufwerke, Content-Ma­nage­ment-Systeme oder kol­la­bo­ra­ti­ve Ar­beits­um­ge­bun­gen, bei denen ein klas­si­sches Da­tei­sys­tem weiterhin Vorteile bietet.

Die Vorteile von Cloud Storage

Dateien in der Cloud zu speichern, kann aus vielerlei Gründen sinnvoll sein. Einer der ent­schei­den­den 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 die gesamte 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 nutzen genau so viel Speicher, wie Sie aktuell benötigen, und können diesen jederzeit erweitern oder re­du­zie­ren.
• Ska­lier­bar­keit: Die Spei­cher­lö­sung wächst mit Ihren An­for­de­run­gen und lässt sich ohne zu­sätz­li­che Hardware schnell anpassen.
• Ver­füg­bar­keit: Cloud Storage ist jederzeit und von jedem Gerät aus er­reich­bar, sofern eine aktive In­ter­net­ver­bin­dung besteht.
• Zu­sam­men­ar­beit: Dateien lassen sich einfach teilen und gemeinsam be­ar­bei­ten, was die Zu­sam­men­ar­beit im Team deutlich er­leich­tert.
• Si­cher­heit: Viele Anbieter setzen auf Ver­schlüs­se­lung und red­un­dan­te Spei­che­rung, um Daten vor Verlust und un­be­fug­tem Zugriff zu schützen.
• Kos­ten­ef­fi­zi­enz: Cloud Storage funk­tio­niert in der Regel nach einem nut­zungs­ba­sier­ten Modell, sodass keine hohen An­fangs­in­ves­ti­tio­nen er­for­der­lich sind.
• War­tungs­frei­heit: Betrieb, Updates und In­stand­hal­tung der In­fra­struk­tur übernimmt der Provider.

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. Ein zentraler Aspekt ist die Ab­hän­gig­keit von der In­ter­net­ver­bin­dung bzw. bei internen Lösungen von der je­wei­li­gen Intranet- oder Netz­werk­ver­bin­dung. Ist die Ver­bin­dung instabil oder nicht verfügbar, bleibt auch der Zugriff auf die ge­spei­cher­ten Daten ein­ge­schränkt oder voll­stän­dig aus. Zudem kann die ver­füg­ba­re Band­brei­te die Ge­schwin­dig­keit beim Hoch- und Her­un­ter­la­den großer Da­ten­men­gen deutlich be­ein­flus­sen.

Darüber hinaus ist Cloud Storage mit folgenden Nach­tei­len verbunden:

• Ab­hän­gig­keit vom Provider: Wer sich für eine externe Cloud-Storage-Lösung ent­schei­det, ist an den je­wei­li­gen Anbieter gebunden. Än­de­run­gen am Leis­tungs­um­fang, an Preisen oder im Service lassen sich nicht immer be­ein­flus­sen. Ein späterer Wechsel kann mit Aufwand verbunden sein.
• Kos­ten­struk­tur: Cloud Storage basiert meist auf einem nut­zungs­ab­hän­gi­gen Modell. Während die Ein­stiegs­kos­ten gering sind, können bei wach­sen­dem Da­ten­vo­lu­men oder häufigem Da­ten­zu­griff laufende Kosten entstehen. Auch Zu­satz­kos­ten, etwa für Da­ten­über­tra­gun­gen, sind möglich.
• Per­for­mance und Latenz: Im Vergleich zu lokalem Speicher kann der Zugriff auf Cloud-Daten langsamer sein – ins­be­son­de­re bei großen Dateien oder in Um­ge­bun­gen mit ein­ge­schränk­ter In­ter­net­ver­bin­dung.
• Si­cher­heit: Trotz moderner Schutz­maß­nah­men wie Ver­schlüs­se­lung und Zu­griffs­kon­trol­len besteht bei der Über­tra­gung und Spei­che­rung sensibler Daten ein gewisses Rest­ri­si­ko, ins­be­son­de­re bei Fehl­kon­fi­gu­ra­tio­nen oder un­zu­rei­chend ge­si­cher­ten Zugängen.
• Da­ten­schutz: Je nach Anbieter und Ser­ver­stand­ort müssen ge­setz­li­che Vorgaben wie etwa die DSGVO be­rück­sich­tigt werden. Un­ter­neh­men sollten daher genau prüfen, wo und unter welchen Be­din­gun­gen ihre Daten ge­spei­chert werden.

Pro­mi­nen­te Cloud-Storage-Anbieter im Überblick