Cloud Storage: Wie funktioniert die Datenspeicherung in der Cloud?

Disketten, CDs, DVDs, USB-Sticks, portable Festplatten – im Laufe der Jahre haben sich nicht nur Computer und ihre Leistungsfähigkeit, sondern auch die Art und Kapazität externer Speichermedien erheblich verändert. Mit Cloud Storage steht heutzutage sogar eine Speicherlösung zur Verfügung, bei der Sie nicht einmal eigene Hardware benötigen, um Fotos, Videos oder Dokumente außerhalb des eigenen Systems zu speichern und abrufbar zu machen. Beim Cloud Storage greifen Sie in der Regel auf die Hardware-Ressourcen eines Onlinespeicher-Anbieters zurück, der über eine entsprechende IT-Infrastruktur verfügt. Doch wie funktioniert ein solcher Service eigentlich? Und welche Vor- und Nachteile ergeben sich aus der Datensicherung in der Cloud?

Cloud Storage (dt. Cloud-Speicher) bezeichnet Speicherplatz, der Nutzern über ein Netzwerk (meist 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 Nutzer 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 private 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.

Unabhängig vom Cloud-Storage-Typ lässt sich das Funktionsprinzip folgendermaßen erklären: Der Anbieter des Speicherdienstes (ob intern oder extern) 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 zwei Typen:

• Typ-1-Hypervisor (bare-metal): Virtualisierungssoftware, die direkt auf dem Hostsystem aufsetzt und kein vorinstalliertes Betriebssystem benötigt; benötigt entsprechende Treiber (Beispiel: VMware vSphere)
• 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 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 ausgelagerte Speicherlösung nutzen zu können.

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 gewöhnlicher Nutzergeräte 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)

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 (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 Back-up- 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).

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 Back-ups 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.

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 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.