Облачные вычисления: принципы работы, модели сервисов, типы развертывания

Для кого эта статья:

• Специалисты в области IT и облачных технологий
• Работники, заинтересованные в облачных вычислениях и миграции данных

• Руководители и CIO, принимающие решения о внедрении облачных решений в бизнес-процессы

  Облачные вычисления трансформировали IT-ландшафт настолько радикально, что сегодня практически невозможно представить современную компанию без использования хотя бы одного облачного сервиса. От хранения корпоративных данных до запуска высоконагруженных приложений — облако стало универсальным решением, обеспечивающим беспрецедентную гибкость и эффективность. По данным Gartner, мировой рынок облачных услуг вырос до $490,3 млрд в 2022 году, а к 2025 году этот показатель превысит $678 млрд. Пришло время разобраться, что же представляют собой облачные вычисления, какие модели сервисов существуют и каковы основные принципы их работы. 🚀

Освоение облачных технологий становится критическим навыком для специалистов в области данных. Профессия аналитик данных от Skypro включает практические модули по работе с облачными платформами, где вы научитесь разворачивать аналитические инструменты в AWS, Azure и Google Cloud. Вы получите не только теоретические знания, но и практический опыт миграции данных, настройки облачных хранилищ и оптимизации затрат — навыки, которые мгновенно повысят вашу ценность на рынке труда.

Определение и сущность облачных вычислений

Облачные вычисления (Cloud Computing) представляют собой модель предоставления вычислительных ресурсов по запросу через интернет с оплатой по мере использования. Вместо приобретения, владения и обслуживания физических серверов и центров обработки данных, организации получают доступ к вычислительной мощности, хранилищам данных и приложениям через облачного провайдера.

Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) определил пять ключевых характеристик облачных вычислений:

• Самообслуживание по требованию — пользователи могут самостоятельно запрашивать и получать доступ к ресурсам без взаимодействия с персоналом поставщика услуг.
• Широкий сетевой доступ — ресурсы доступны по сети через стандартные механизмы.
• Объединение ресурсов — вычислительные ресурсы провайдера объединяются для обслуживания множества клиентов с динамическим распределением.
• Быстрая эластичность — возможность быстро масштабировать ресурсы вверх или вниз в соответствии с потребностями.
• Измеряемый сервис — использование ресурсов отслеживается, контролируется и отображается, обеспечивая прозрачность как для поставщика, так и для потребителя.

Для понимания масштаба развития облачных технологий стоит обратиться к статистике. По данным IDC, к 2025 году более 95% новых цифровых рабочих нагрузок будет развертываться на облачно-нативных платформах. 🌩️

Алексей Петров, технический директор Когда мы начинали наш стартап по анализу данных в 2018 году, у нас был ограниченный бюджет и всего три разработчика. Идея требовала значительных вычислительных мощностей для обработки терабайтов информации. Традиционный подход с закупкой серверов означал бы вложение всего нашего стартового капитала в железо, которое бы простаивало 70% времени. Мы решили полностью построить архитектуру на AWS. Запустили несколько экземпляров EC2 для вычислений, S3 для хранения данных и RDS для базы данных. В пиковые периоды мы масштабировались до 50 серверов, а в спокойное время работали всего на 5-7. Это позволило нам сэкономить около 76% бюджета по сравнению с традиционной моделью и масштабировать бизнес без технологических ограничений. Через 18 месяцев мы привлекли раунд А и выросли в 10 раз — и всё это без единого физического сервера в собственности.

Ключевые модели сервисов: IaaS, PaaS, SaaS на примере AWS

Облачные вычисления представлены тремя основными моделями сервисов, каждая из которых предлагает разный уровень управления и ответственности для пользователя. Amazon Web Services (AWS), как один из лидеров рынка, предоставляет полный спектр этих моделей.

IaaS (Infrastructure as a Service) — Инфраструктура как услуга IaaS предоставляет доступ к виртуализированным вычислительным ресурсам через интернет. Пользователи получают контроль над операционными системами, хранилищами и приложениями, в то время как провайдер управляет физической инфраструктурой.

Примеры IaaS в AWS:

• Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) — масштабируемые виртуальные серверы.
• Amazon S3 (Simple Storage Service) — облачное хранилище объектов.
• Amazon VPC (Virtual Private Cloud) — изолированные облачные ресурсы.

PaaS (Platform as a Service) — Платформа как услуга PaaS предоставляет платформу для разработки, тестирования и развертывания приложений без необходимости управления инфраструктурой. Пользователи сосредотачиваются на коде, а провайдер управляет всем остальным.

Примеры PaaS в AWS:

• AWS Elastic Beanstalk — сервис для быстрого развертывания и масштабирования веб-приложений.
• AWS Lambda — бессерверная вычислительная среда, запускающая код в ответ на события.
• Amazon RDS (Relational Database Service) — управляемые реляционные базы данных.

SaaS (Software as a Service) — Программное обеспечение как услуга SaaS предоставляет готовые приложения через интернет. Пользователи просто используют ПО, а провайдер управляет всем остальным, включая инфраструктуру, платформу и само приложение.

Примеры SaaS в AWS:

• Amazon WorkMail — корпоративная электронная почта и календарь.
• Amazon WorkDocs — хранение и совместное использование документов.
• Amazon Connect — облачный контакт-центр.

Выбор модели сервиса зависит от конкретных потребностей организации. IaaS предоставляет максимальный контроль, но требует больше управления, в то время как SaaS предлагает минимальные усилия по внедрению, но меньшую гибкость. PaaS занимает промежуточное положение, обеспечивая баланс между контролем и удобством. 🔄

Типы развертывания облачных систем: от частных до гибридных

Модели развертывания облачных систем определяют, как облачная инфраструктура размещается, кто ею управляет и кто имеет к ней доступ. Выбор модели напрямую влияет на контроль, безопасность, производительность и экономику использования облака.

Публичное облако (Public Cloud) Публичное облако — это инфраструктура, принадлежащая и управляемая третьей стороной (облачным провайдером), которая предоставляет вычислительные ресурсы по запросу через интернет широкому кругу клиентов. Ресурсы разделяются между множеством организаций.

• Преимущества: низкие начальные инвестиции, быстрое масштабирование, оплата по мере использования.
• Недостатки: ограниченный контроль, потенциальные проблемы с соответствием регуляторным требованиям.
• Примеры: AWS, Microsoft Azure, Google Cloud Platform.

Частное облако (Private Cloud) Частное облако — это облачная инфраструктура, эксплуатируемая исключительно для одной организации. Она может располагаться локально в дата-центре компании или быть размещена у третьей стороны, но с выделенными ресурсами.

• Преимущества: полный контроль, повышенная безопасность, соответствие регуляторным требованиям.
• Недостатки: высокие начальные инвестиции, меньшая гибкость в масштабировании.
• Примеры: VMware Private Cloud, OpenStack, AWS Outposts.

Общественное облако (Community Cloud) Общественное облако — это инфраструктура, совместно используемая несколькими организациями с общими интересами, такими как требования безопасности или регуляторные соображения.

• Преимущества: распределение затрат, соответствие отраслевым стандартам.
• Недостатки: ограниченная гибкость, зависимость от других участников.
• Примеры: облачные решения для здравоохранения, финансовые облака, государственные облака.

Гибридное облако (Hybrid Cloud) Гибридное облако объединяет публичные и частные облака, позволяя данным и приложениям перемещаться между ними. Это даёт возможность организациям использовать преимущества обоих типов облаков.

• Преимущества: гибкость, оптимизация затрат, улучшенная устойчивость.
• Недостатки: сложность управления, потенциальные проблемы интеграции.
• Примеры: AWS Outposts + AWS Cloud, Azure Stack + Azure Public Cloud.

Мульти-облако (Multi-Cloud) Мульти-облако — это использование сервисов от разных облачных провайдеров в рамках одной архитектуры. Этот подход позволяет избежать привязки к одному поставщику и использовать лучшие сервисы от разных провайдеров.

• Преимущества: отсутствие зависимости от одного провайдера, оптимизация по цене/качеству.
• Недостатки: повышенная сложность управления, необходимость в интеграции разнородных систем.
• Примеры: комбинация AWS для вычислений, Google Cloud для Big Data и Azure для ML.

По данным Flexera 2022 State of the Cloud Report, 89% компаний используют мульти-облачную стратегию, а 80% применяют гибридное облако. Это демонстрирует, что большинство организаций стремятся к балансу между контролем, гибкостью и экономической эффективностью. 📊

Мария Соколова, директор по информационным технологиям В 2020 году перед нашей производственной компанией с филиалами в 12 регионах встала задача модернизации IT-инфраструктуры. Изначально мы планировали полный переход в публичное облако, но аудит выявил критические системы, которые по требованиям регуляторов должны были оставаться под нашим прямым контролем. Мы разработали гибридную стратегию: финансовые системы и персональные данные остались в частном облаке на базе нашего обновленного дата-центра, а все остальное — от ERP до систем аналитики — переместили в публичное облако Microsoft Azure. Для интеграции использовали Azure ExpressRoute для безопасного соединения. Результаты превзошли ожидания: IT-бюджет снизился на 34%, время вывода новых продуктов на рынок сократилось с месяцев до недель, а операционная эффективность выросла на 27%. При этом мы полностью соблюдаем все регуляторные требования. Гибридный подход дал нам именно то, что нужно: безопасность, контроль и гибкость одновременно.

Принципы работы облачных вычислений в Azure и Google Cloud

Microsoft Azure и Google Cloud Platform (GCP) представляют собой два мощных облачных решения, которые, несмотря на общие концепции облачных вычислений, имеют свои особенности и принципы работы. Рассмотрим фундаментальные принципы, лежащие в основе этих платформ.

Архитектурные принципы Microsoft Azure Azure строится на концепции регионов — географически распределенных наборов дата-центров, организованных в пары для обеспечения отказоустойчивости. Каждый регион содержит несколько зон доступности — физически изолированных локаций с независимым электропитанием, охлаждением и сетевой инфраструктурой.

• Подписки и группы ресурсов — все ресурсы в Azure организованы в иерархию: подписки → группы ресурсов → ресурсы, что обеспечивает логическую структуру и упрощает управление.
• Azure Resource Manager (ARM) — центральная система управления ресурсами, предоставляющая единый интерфейс для создания, обновления и удаления ресурсов через декларативные шаблоны.
• Виртуальные сети (VNet) — изолированные сетевые пространства в облаке Azure, которые можно сегментировать на подсети для контроля доступа и трафика.
• Безопасность по умолчанию — Azure Security Center обеспечивает централизованную защиту, встроенные механизмы защиты от DDoS и комплексное управление идентификацией через Azure Active Directory.

Ключевые принципы Google Cloud Platform GCP организована вокруг концепции проектов, которые служат контейнерами для всех ресурсов и сервисов. Платформа построена на глобальной частной сети Google, что обеспечивает низкую задержку и высокую доступность.

• Глобальная инфраструктура — ресурсы в GCP могут быть регионального, зонального или глобального уровня, что позволяет оптимизировать размещение с учетом требований к производительности и доступности.
• Kubernetes и контейнеризация — GCP создана с фокусом на контейнерные технологии; Google Kubernetes Engine (GKE) является центральным элементом платформы, отражающим происхождение Kubernetes из проекта Google Borg.
• Сеть VPC и Shared VPC — виртуальные частные сети с глобальной маршрутизацией, позволяющие объединять ресурсы из разных регионов в единую логическую сеть.
• BigQuery и аналитика данных — архитектура GCP ориентирована на обработку больших данных, с бессерверной инфраструктурой для аналитики.

Сравнение принципов работы Azure и GCP

Обе платформы следуют ключевым принципам облачных вычислений, таким как масштабируемость, отказоустойчивость и эластичность, но реализуют их по-разному, исходя из своих технологических корней и целевых рынков. Azure, выросшая из корпоративной среды Microsoft, предлагает глубокую интеграцию с продуктами экосистемы Microsoft, в то время как GCP, развивавшаяся из инфраструктуры Google, демонстрирует превосходные возможности для контейнерных приложений и анализа данных. 🔍

Интересно отметить, что согласно отчету Gartner Magic Quadrant for Cloud Infrastructure and Platform Services 2022, и Azure, и GCP находятся в квадранте лидеров, но Azure занимает более сильную позицию по полноте видения, в то время как GCP выделяется инновационными технологиями и моделью ценообразования.

Преимущества и вызовы при миграции в облако

Миграция в облако представляет собой трансформационный шаг для организаций, который обещает значительные преимущества, но также сопряжен с определенными вызовами. Понимание этих аспектов критически важно для успешной стратегии миграции.

Ключевые преимущества миграции в облако

• Экономическая эффективность — переход от капитальных затрат (CAPEX) к операционным расходам (OPEX), оптимизация ресурсов под реальные нагрузки, снижение затрат на обслуживание инфраструктуры.
• Масштабируемость и гибкость — возможность быстрого наращивания или сокращения ресурсов в зависимости от потребностей бизнеса, адаптация к сезонным пикам без избыточных инвестиций.
• Повышение скорости разработки — ускорение выхода на рынок благодаря быстрому доступу к инфраструктуре, встроенным сервисам разработки и управляемым платформам.
• Глобальное присутствие — доступ к географически распределенным дата-центрам для размещения приложений ближе к пользователям и соблюдения требований к локализации данных.
• Инновационный потенциал — доступ к передовым технологиям, таким как AI/ML, IoT, аналитика больших данных без необходимости создания сложной инфраструктуры.
• Повышение безопасности — использование многоуровневых систем защиты, постоянное обновление и мониторинг угроз, автоматизированное резервное копирование.

По данным Deloitte, компании, мигрировавшие в облако, сообщают о среднем сокращении IT-затрат на 20-30% и повышении операционной эффективности на 15-25%.

Основные вызовы и риски миграции

• Сложность миграции существующих приложений — устаревшие (legacy) системы часто требуют значительного рефакторинга или даже полного перепроектирования для работы в облаке.
• Проблемы безопасности и соответствия — необходимость обеспечения защиты данных при передаче и хранении, соблюдение регуляторных требований в разных юрисдикциях.
• Зависимость от поставщика (Vendor Lock-in) — риск привязки к конкретному облачному провайдеру из-за использования проприетарных сервисов и API.
• Скрытые и непредвиденные затраты — сложная структура ценообразования, затраты на передачу данных, неоптимизированное использование ресурсов.
• Необходимость новых навыков — потребность в переобучении персонала или найме специалистов с опытом работы с облачными технологиями.
• Проблемы с производительностью — возможная задержка для определенных операций, зависимость от качества интернет-соединения.

Согласно исследованию Flexera, 49% организаций отмечают проблемы с контролем затрат на облако, а 75% сталкиваются с трудностями при обеспечении безопасности облачных ресурсов. 💰

Стратегии успешной миграции в облако

Для преодоления вызовов и максимизации преимуществ облачной миграции, организациям следует:

• Начинать с оценки готовности — провести аудит существующих приложений и данных для определения приоритетов и подходов к миграции.
• Выбрать подходящую стратегию миграции — использовать модель 6R (Rehost, Replatform, Repurchase, Refactor, Retire, Retain) для каждого приложения.
• Создать центр передового опыта по облаку (Cloud CoE) — сформировать команду экспертов для управления процессом миграции и обучения персонала.
• Внедрить инструменты управления облаком — использовать решения для мониторинга производительности, оптимизации затрат и обеспечения безопасности.
• Применять инкрементальный подход — начинать с небольших, некритичных рабочих нагрузок для отработки процессов и накопления опыта.
• Разработать стратегию мульти-облака — использовать абстракции и стандарты для снижения зависимости от конкретного провайдера.

Миграция в облако — это не просто технологический переход, а трансформация бизнес-процессов и подходов к работе с IT. Успех миграции зависит от тщательного планирования, правильного выбора стратегии и постоянной оптимизации после перехода. 🚀

Облачные вычисления трансформировали IT-ландшафт, предложив беспрецедентную гибкость, масштабируемость и экономическую эффективность. Понимание основных концепций, моделей сервисов (IaaS, PaaS, SaaS) и типов развертывания (публичное, частное, гибридное облако) формирует фундамент для принятия стратегических решений в области IT. Ключевые облачные платформы — AWS, Azure и Google Cloud — имеют свои архитектурные особенности, но следуют общим принципам облачных вычислений. При миграции в облако организации должны балансировать между преимуществами (снижение затрат, повышение гибкости) и вызовами (безопасность, зависимость от поставщика). Эволюция продолжается: граница между различными моделями размывается, появляются гибридные и мульти-облачные стратегии, а облачные вычисления становятся не просто технологическим выбором, а стратегическим императивом для бизнеса.

Читайте также

• Облачные базы данных: определение и преимущества
• Использование Docker: что нужно знать
• Облачные технологии в науке: революция вычислительных методов
• IaaS, PaaS или SaaS: выбираем оптимальную облачную модель
• Примеры использования API в реальных проектах
• Написание и использование API: что нужно знать
• AWS: основы облачной инфраструктуры для новичков, преимущества
• Облачные технологии: преимущества для бизнеса любого масштаба
• Типичные архитектурные шаблоны в облачных технологиях
• IntelliJ IDEA для новичка: освоение мощной среды разработки