Die OpenStack-Cloud – einfach erklärt

OpenStack ist eine Sammlung von Programmen zum Aufbau einer Cloud-Umgebung. Mit dem Begriff Cloud-Computing ist zunächst einmal das dezentrale Aufrufen von Programmen und Daten gemeint. In der Cloud, also der „Wolke“, werden die Daten an mehreren, mitunter weit voneinander entfernten Orten abgelegt. Dies erfordert eine Infrastruktur, die einen dezentralen Zugriff ermöglicht und dabei maximale Sicherheit garantiert. Die mitunter sensiblen Daten sollen schließlich nicht nur hochverfügbar sein. Sie sollen auch vor fremdem Zugriff und Datenverlust geschützt werden.

Cloud-Lösungen bieten den unschlagbaren Vorteil, dass die darauf zugreifenden Endgeräte auch mit weniger leistungsstarken Hardware-Komponenten auskommen. Die Rechenleistung steckt, flexibel skalierbar, in der Cloud. Lediglich eine schnelle und stabile Internetverbindung ist erforderlich. Dies macht die Einrichtung eines komplexen Netzwerks preiswerter. Hohe Anschaffungskosten für Hardware entfallen. Kosten für das Betreiben einer Cloud fallen üblicherweise nur für die Ressourcen an, die tatsächlich genutzt werden. Denn es ist möglich, die Cloud-Umgebung auf angemieteten virtuellen Servern zu betreiben. Dies macht den Ansatz auch für kleine Unternehmen und Start-ups interessant, die noch keine hohen IT-Ausgaben stemmen können.

Das OpenStack-Softwarepaket bringt alle notwendigen Komponenten zum Aufbau einer Cloud-Umgebung mit. Obwohl es sich um ein vergleichsweise junges Projekt handelt, gilt es bereits als ausgereift und sicher. Gegründet wurde OpenStack 2010 durch die US-Raumfahrtbehörde NASA und das Unternehmen Rackspace. Die NASA wünschte sich seinerzeit eine Software für ihre projektbezogene Arbeit, die es ermöglicht, flexibel und befristet Rechnernetzwerke aufzubauen. Zwischenzeitlich beteiligten sich namhafte Firmen wie AT&T, RedHat, Canonical (Entwickler von Ubuntu), Intel, IBM und Huawei an der Entwicklung.

Die Software läuft nur über Linux-Betriebssysteme. Sie wurde unter der Apache-Lizenz veröffentlicht. Das bedeutet, dass der Quellcode frei verfügbar ist und die Programme uneingeschränkt kostenfrei verwendet werden dürfen. Im Oktober 2019 wurde bereits die 20. Version von OpenStack veröffentlicht. Diese trägt den Namen „Train“.

Die OpenStack-Cloud setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Die wichtigsten sind:

• Nova (Compute Service)
• Keystone (Identity Service)
• Glance (Image Service)
• Neutron (Networking)
• Cinder (Block Storage)
• Swift (Object Storage)
• Horizon (Dashboard)

Nova ist die Compute-Komponente der OpenStack-Cloud und die erste, mit der OpenStack 2010 gestartet wurde. Sie ist gewissermaßen das Rückgrat und ihr kommt die wichtigste Aufgabe zu: die Verwaltung der virtuellen Computer. Inzwischen ist Nova so weit entwickelt, dass ganze Gruppen von virtuellen Computern damit verwaltet werden können. Die einzelnen virtuellen Computer sind synaptisch miteinander verbunden. Die Anzahl der Knoten (Synapsen genannt) ist beliebig. Als Basis für die verwendeten virtuellen Maschinen nutzt Nova vorrangig die lizenzfreien Hypervisoren des im Linux-Kernel integrierten KVM sowie des von der Universität Cambridge entwickelten XEN.

Keystone ist für die Rechtevergabe und Authentifizierung der User verantwortlich (Identity). Im Cloud-Computing werden nicht nur einzelne PCs, sondern ganze Netzwerke abgebildet. Daher ist eine Authentifizierung der Nutzer und Isolierung von Teilbereichen sehr wichtig. Keystone weist jedem Nutzer der Cloud („Mandant“ genannt) einen individualisierten Zugang zu. Darin sind seine Rechte explizit festgelegt.

Glance stellt die Images zur Verfügung, also die Abbilder der Datenträger von virtuellen Maschinen. Zudem kann Glance die Abbilder sichern und wiederherstellen. Es ist möglich, eine Art Bibliothek mit den Vorlagen benötigter Systeme anzulegen. Diese lassen sich später beliebig oft im Netzwerk erzeugen. Zudem stellt Glance die Verfügbarkeit sicher, da die benötigten Maschinen jederzeit rekonstruiert werden können.

Neutron (ehemals Quantum) stellt die virtuelle Netzwerkinfrastruktur von OpenStack. Man kann damit Subnetze einteilen, IP-Adressen verwalten und virtuelle Netzwerke (VLANs) erzeugen. Auch VPN (Virtual Private Network) wird durch Neutron unterstützt. Es ermöglicht somit erst den Datenaustausch innerhalb der Komponenten von OpenStack, beispielsweise zwischen den einzelnen virtuellen Maschinen. Auch die Firewall des Netzwerks wird durch Neutron gestellt.

Cinder ist für die Bereitstellung von Permanentspeichern in Form von Blockspeichern, wie Festplatten, zuständig. Diese werden durch Cinder mittels Virtualisierung erstellt. Dadurch ist es möglich, das Volumen beliebig anzupassen (Skalierbarkeit). Der Cinder-Blockspeicher verhält sich wie eine physische Festplatte auf dem Computer. Die Datensicherung ist einfach, da die Festplatten für den Nutzer durch Cinder über eine zentrale Schnittstelle verfügbar sind und diese außerdem eine Snapshot-Funktion besitzt.

Swift ist der Objektspeicher. Er kann verteilten Speicher einbinden, in dem scheinbar beliebig verteilte Datenobjekte auf zusammenhängenden Laufwerken verwendbar sind. Hierdurch wird bei Bedarf transparent eine Redundanz erzeugt, da die Objekte physikalisch mehrfach abgelegt werden können. Zudem kann von Swift zur Verfügung gestellter Speicher durch Cinder oder Glance verwendet werden. Es ist auch möglich, mittels Ceph oder GlusterFS erzeugten verteilten Objektspeicher als Unterbau zu verwenden.

Bei Horizon handelt es sich um das Dashboard. Anders ausgedrückt ist Horizon die grafische Benutzeroberfläche, mit der die Komponenten im OpenStack-Verbund verwaltet werden können. Zudem wird hierüber die Benutzerverwaltung vorgenommen. Design und Funktionalität von Horizon sind anpassbar.

Die OpenStack-Cloud ist die softwareseitige Nachbildung einer nahezu beliebig komplexen IT-Infrastruktur. Die Module, die normalerweise physikalisch vorhanden sein müssen, werden durch jeweils eine der genannten Komponenten virtuell erzeugt. Benötigter Speicher wird durch Swift gebildet und wahlweise durch Cinder als Blockspeicher zur Verfügung gestellt. Die Funktionalität der einzelnen Server und Rechner im Netz wird durch Nova erzeugt und verwaltet. Der Pool der zur Verfügung stehenden virtuellen Maschinen wird durch Glance angeboten.

Für die Vernetzung sorgt die Komponente Neutron. Außerdem stellt Neutron die Absicherung durch eine Firewall und etwaiges Monitoring sicher. Keystone regelt die Authentifizierung und Autorisierung der Nutzer. Über Horizon lässt sich das einmal aufgebaute System vergleichsweise komfortabel administrieren. Wird kurzfristig mehr Speicherplatz oder Leistung benötigt, können beide Faktoren entsprechend angepasst werden.

Die OpenStack-Cloud bietet folgende Vorteile:

• Niedrige Voraussetzungen für die Nutzung, Clouddienste können meist mit jedem internetfähigen Endgerät verwendet werden
• Hohe Daten- und Ausfallsicherheit
• Skalierbares Speichervolumen und skalierbare Leistungsfähigkeit
• Cloud-Dienste ermöglichen kollaboratives Arbeiten
• Zugriff ist nicht örtlich begrenzt
• Hohe Verbreitung und Akzeptanz
• Einheitliche Standards

Leider ergeben sich bei der Verwendung von OpenStack aber auch gewisse Nachteile:

• Hohe Dynamik im Funktionsumfang: OpenStack ist eine offene und damit sehr dynamische Cloud-Computing-Lösung. Es kommen regelmäßig neue Funktionen hinzu, es können aber auch Funktionen entfernt werden.
• OpenSource bietet in der Regel keinen organisierten Support. Man findet zwar viele Dokumentationen und Hilfestellungen im Internet, die Suche danach kann jedoch mühsam und zeitaufwendig sein. Im Gegensatz zu kommerziellen Lösungen gibt es keinen zentralen Ansprechpartner.
• Als Hypervisor werden vorrangig KVM und XEN unterstützt. Dies kann zu Problemen bei der Einbindung anderer Virtualisierungslösungen wie VMWare führen. Anwender berichten beispielsweise von Netzwerkproblemen beim Einsatz von VMWare zusammen mit OpenStack.

Aufgrund der der Lizenzfreiheit ist die Nutzung von OpenStack äußerst kostengünstig. Ist das System einmal eingerichtet, kann es ganz einfach administriert werden. Bei einer Nutzung von virtuellen Servern entsprechender Hosting-Dienste ist eine kleine Cloud-Lösung bereits zu Preisen von 10 bis 20 Euro pro Monat realisierbar. So kann OpenStack beispielsweise als Plattform für private Cloud-Anwendungen verwendet werden, etwa ein Wiki. Auch nebenberufliche Projekte oder Gründungsideen wie Onlineshops lassen sich damit verwirklichen.

Für KMU ist OpenStack eine ideale Option für den Einstieg in das Cloud-Computing sowie das Auslagern von Daten und Anwendungen. So bietet sich beispielsweise der Aufbau einer Public Cloud an. Vor allem das Rechte-Management der OpenStack-Cloud bietet hier sehr viele Möglichkeiten für die optimale Verwaltung der kollaborativen Zusammenarbeit unterschiedlicher Nutzerprofile.

Größere Unternehmen können Teile ihrer Netzwerkinfrastruktur, beispielsweise besonders sensible Daten oder Programme, auslagern und OpenStack auch im Rahmen eines Multi-Cloud-Ansatzes oder als Bestandteil einer Hybrid Cloud nutzen. Das Ausfallrisiko von Anwendungsservern ist dabei geringer, da Server beliebig repliziert werden können. Daten werden im System ohnehin redundant abgelegt, sodass ein Datenverlust durch Hardware-Schäden nahezu ausgeschlossen ist.

Wer nicht auf OpenStack setzen möchte, kann die benötigten Dienste beispielsweise durch virtuelle Server und Onlinespeicher selbst nachbilden. Auch der Einsatz von Lösungen wie Owncloud oder Nextcloud ist denkbar.

Weitere Anbieter ähnlicher Lösungen sind:

• OpenNebula (kostenfrei)
• VMWare (kostenpflichtig)
• Microsoft AzureStack (kostenpflichtig)
• Google Anthos (kostenpflichtig)

Außerdem nutzen immer mehr Unternehmen die bequeme Möglichkeit, ihre Cloud von einem Dienstleister einrichten und verwalten zu lassen (Managed Cloud).

Wie auch immer Sie sich entscheiden, es sprechen einige Argumente dafür, sich mit Cloud-Computing auseinanderzusetzen. Was Wirtschaftlichkeit und Flexibilität angeht, ist Cloud-Computing jedenfalls unschlagbar. Auch der Faktor Umweltbewusstsein spricht dagegen, unnötige Hardware anzuschaffen oder diese nicht richtig auszulasten.

Der wohl wichtigste Faktor ist allerdings die Sicherheit Ihrer Daten. Es braucht viel Vertrauen, wenn man seine Daten oder gar die der Kunden externen Dienstleistern anvertraut. Daher kann sich der Aufwand, mit dem etablierten Produkt OpenStack eine eigene Cloud zu erstellen, sehr schnell auszahlen.