ハイブリッドクラウドについて：パブリッククラウドとプライベートクラウドを1+1>2にする方法

[51CTO.com オリジナル記事] クラウド コンピューティングは 2016 年に驚異的な成長を遂げました。一方では、AWS や Alibaba Cloud などの大手パブリック クラウド ベンダーのクラウド コンピューティング収益が爆発的な成長を示し、その絶対値は相当なものです。一方、継続的な市場開拓を通じて、クラウドコンピューティングの価値は世界各国の政府に徐々に認識されるようになりました。多くの大企業もクラウド コンピューティングに注力し始めており、従来の IDC 調達は成長の転換点を迎えています。クラウド コンピューティングはもはや大騒ぎするだけの小道具ではなく、大企業、中堅企業、中小企業にとって欠かせないインフラストラクチャになっていることを、さまざまな声が人々に思い出させ続けています。 2017年、クラウドコンピューティングの実際の実装に関する話題が、業界で徐々に話題になってきました。

現在、プライベートクラウドとパブリッククラウドの競争熱は徐々に下火となり、両者の利点を組み合わせたハイブリッドクラウドが徐々に巨大な市場の可能性を解き放ち始めています。ハイブリッド クラウドの背後には、もはやメーカーではなく、パブリック クラウドとプライベート クラウドを統合したハイブリッド IT アーキテクチャがあります。そのため、クラウド コンピューティングをベースとしたハイブリッド IT アーキテクチャをどのように構築するかが、CIO や CTO にとって避けて通れない課題となっています。

この記事では、まずパブリッククラウドとプライベートクラウドの長所と短所を確認し、次にハイブリッドクラウドとは何か、その使用シナリオと製品について説明し、最後にアーキテクチャと技術実装の原則の核となる考え方を共有することに焦点を当てます。最後に、ハイブリッド クラウド プラットフォームでユーザーが何ができるかについて説明します。

パブリッククラウドとプライベートクラウドの長所と短所

著者は、パブリック クラウド ベンダーとプライベート クラウド ベンダーの両方で研究開発の経験があり、それぞれパブリック クラウドとプライベート クラウドの利点と限界を深く理解しています。市場にとって、パブリッククラウドとプライベートクラウドはどちらもかけがえのない利点を持っています。最良の選択肢は、市場で一般的に認知されている自社のビジネスに基づいて、この 2 つを組み合わせることです。

ハイブリッドクラウドの定義と使用シナリオ

ハイブリッドクラウドの定義

ハイブリッドクラウドの定義に関して、中国情報通信研究院はかつて、パブリッククラウドとプライベートクラウドの両方が存在する必要があるという見解を提唱したことがあります。これは、ほとんどのメーカーとユーザーの認識でもあります。著者は、そのような定義は単なる物理的なスタックであると考えています。両者の間に化学反応がなければ、それは真のハイブリッド クラウドとは言えず、革新的なアプリケーションを生み出すことも、ユーザーのビジネス価値の向上に真に役立つこともできません。ハイブリッド クラウドは、パブリック クラウドとプライベート クラウドを単純に 1 + 1 = 2 で計算するものではなく、2 を超える価値を生み出す必要があります。

仮想化とクラウドコンピューティングの違い

これをよりよく理解するために、仮想化とクラウド コンピューティングの違いを確認しましょう。仮想化は技術であり、クラウド コンピューティングは仮想化技術に基づく昇華です。これにより、ユーザーはデータセンターとその付加価値サービスを管理し、IT リソースをサービスの形でユーザーに提供できるため、ユーザーは IT リソースではなくビジネスに集中できます。仮想化は、ユーザーがハードウェア リソースの使用率を向上させるのに役立ちます。一方、クラウド コンピューティングは、ユーザーがソフトウェア、ネットワーク、ストレージ、さらには人的リソースの使用率も含めたデータ センター全体のリソースの使用率を向上させるのに役立ちます。

したがって、クラウドコンピューティングの一形態として、ハイブリッドクラウドがユーザーにもたらす価値は、単にパブリッククラウドとプライベートクラウドを積み重ねるのではなく、両者を衝突させることで、ユーザーのクラウド間リソースの利用率を向上させ、新しいビジネスを生み出すことにあります。

ハイブリッド クラウドは、ユーザーがクラウド間および地域間の IT インフラストラクチャを管理できるようにし、基盤となる実装にユーザーが費やすエネルギーを解放するのに役立ちます。ユーザーは、基盤となる実装の詳細を気にすることなく、パブリック クラウドとプライベート クラウド間のビジネス統合モデルを繰り返し試すこともできるため、ユーザーの生産性が大幅に向上し、ビジネスの試行錯誤コストが削減されます。

したがって、ハイブリッド クラウドは単なるスキンではなく、接続性を完成させるための詳細の 1 つでもないことがわかります。パブリッククラウドのさまざまなリソースや製品、プライベートクラウドのさまざまなリソースや製品を含む有機的な全体システムです。したがって、パブリック クラウドとプライベート クラウドの両方の存在は、ハイブリッド クラウドの必要条件であり、十分条件ではありません。では、他に何が必要でしょうか?

データセンターにおけるハイブリッドクラウドの価値

まず、ユーザーが何を望んでいるかを見てみましょう。プライベート クラウドとパブリック クラウドが共存する場合、ユーザーは当然次のようなシナリオを思い浮かべます。

• プライベート データをローカルに保存し、パブリック アクセス ポータルをパブリック クラウドに配置します。
• ピーク時には、パブリック クラウド リソースを使用して無制限に拡張できます。
• ローカル サービスは暗号化され、パブリック クラウドにバックアップできます。
• 複数のデータセンターがパブリッククラウドを介してスター型に接続されます。
• 開発とテストはローカルで迅速に反復され、実稼働業務はパブリック クラウドに配置されます。
• 社内業務はローカルデータセンターに配置され、社外業務はパブリッククラウドに配置されます。パブリック クラウド コンソールは完全に廃止され、すべての操作はローカルのクローズド ループで完了します。

実際のところ、ハイブリッド クラウドを実際に実装しているユーザーは非常に少ないため、賢いユーザーが発見するのを待っている未知のイノベーションがまだたくさんあります。

では、これらのシナリオをどのように実装するのでしょうか?単一のプライベート クラウドまたはパブリック クラウドのシナリオでは、ユーザーは基盤となるレイヤーがどのように実装されているかを気にする必要がありません。イメージを使用して仮想マシンを作成し、スナップショットを使用してディスクをバックアップし、複数のレイヤー 2 またはレイヤー 3 ネットワークを構築して通信用のプラットフォーム上のルーティングとセキュリティ グループをカスタマイズし、自動スケーリングまたはその他のオーケストレーション システムを使用してリソースを自動的にオーケストレーションし、マルチテナント シナリオで作業します。

ハイブリッド クラウド シナリオでは、次の実装方法を抽象化します。

• イメージや仮想マシンの場所を気にせずに、仮想マシンを作成および管理 (運用と保守を含む) します。
• ディスクの場所やバックアップの場所を気にせずにディスクを作成またはバックアップします。
• オンプレミスのデータセンターでもパブリック クラウドでも、ネットワークを構築し、その通信ターゲットを定義します。
• ローカル データ センターでもパブリック クラウドでも、リソースを自由にオーケストレーションできます。
• 断片化されたアカウント管理システムではなく、統合されたアカウント管理システム。

ハイブリッドクラウド製品は、主に災害復旧、ネットワーク相互接続、マルチクラウド管理に基づいています。

市場ではハイブリッド クラウドを求める声が高まっていますが、現在のところハイブリッド クラウドに関する実際の標準や正確な定義は存在しません。現在のハイブリッド クラウド製品は、主に次の 3 つのカテゴリに基づいています。

災害復旧製品

メーカーは、ユーザー定義のポリシーを通じてユーザーデータをパブリック クラウドにバックアップし、ローカル領域に復元できます。これらは主に、Infang Cloud、Sutong Cloud、XSKY などの一部のストレージ メーカーが提供する製品です。

ネットワーク相互接続製品

メーカーは主に、ユーザーがローカルデータセンターとパブリッククラウドを迅速に接続して相互接続を実現できるようにするためのネットワークサービスを提供しています。これらは主に、Online Banking Internet、Youchi、Xisi Cloud などの一部のインターネットベンダーが提供する製品です。

マルチクラウド管理製品

このメーカーは主にマルチクラウド管理製品を製造しており、一連の管理プラットフォーム上で複数のパブリックまたはプライベートクラウド製品に対する管理レベルのサービスを提供し、ユーザーの一貫したエクスペリエンスを向上させ、ユーザーが独自のクラウドコンピューティングリソースをより適切に管理できるように支援し、いくつかの運用保守および PaaS サービスを提供することに重点を置いています。これらは主に、Fit2Cloud、RightCloud、Xingyun Guanjia などの一部の CMP メーカーが提供する製品です。

上記の製品カテゴリは、ユーザーがプライベート クラウドとパブリック クラウドに基づいて 1 つ以上のシナリオを実現するのに役立つことがわかります。

ハイブリッドクラウドアーキテクチャの核となる考え方：すべてのITを接続し、シームレスなハイブリッドエクスペリエンスを提供する

ハイブリッドクラウドの定義、利用シナリオ、製品について理解できたところで、具体的な実装プロセスを見てみましょう。クラウド コンピューティング ベンダーまたは開発者であれば、機能マトリックスに精通している必要があります。クラウド コンピューティング ベンダー間の競争の重要な側面は、機能マトリックスにおける競争です。

ユーザーがさまざまなビジネスを簡単に展開できるようにする数百の機能ポイントを提供するIaaSレイヤーです。

現在、プライベート クラウドとパブリック クラウドはどちらも、同様の巨大な機能マトリックスを備えています。慎重に検討した結果、GPU パススルーなど、多くの機能はクラウドをまたぐ必要がなく、プライベート クラウドとパブリック クラウドにそれぞれ実装するだけでよいという結論に達しました。ハイブリッド クラウド サービス プロバイダーとしては、この機能を表示するだけで済みます。しかし、ハイブリッド クラウド ベンダーの支援を必要とする重要なクロスリソース ビジネスは依然として数多く存在します。

たとえば、パブリック クラウド上のルートはパブリック クラウド VPC を指すことができ、ローカル データセンター内の VPC を指すこともできる必要があります。このようなビジネスはハイブリッド クラウド機能の焦点となります。

ZStackは、オープンソースの国産IaaSソフトウェアとして、長年ハイブリッドクラウドの研究開発に取り組んできました。経験に基づくと、最も重要な中核となる考え方は、ハイブリッド クラウド製品がすべてを接続してシームレスに統合できるようにすることです。

あらゆるIT機器を接続する

すべての IT を接続することの本質は、データ レベルでの接続を実現することであり、これはすべてのハイブリッド クラウド シナリオを実現するための前提条件です。現在、データを接続する主な方法は、アカウント、ネットワーク、ストレージの 3 つです。

アカウント統合: 1 セットのアカウントを使用してパブリック クラウドとプライベート クラウドを管理します。つまり、プライベート クラウド独自のアカウント システムとマルチテナント権限管理が主体となり、パブリック クラウドの AK 権限は補助的なものとなります。パブリック クラウド AK をプライベート クラウドの対応するアカウントにバインドし、プライベート クラウドとパブリック クラウドのそれぞれの権限システムを巧みに組み合わせることで、非常に柔軟なマルチテナント シナリオを実現し、企業の要件を満たすアカウント管理システムを確立できます。

ネットワーク接続: ネットワーク接続とは、ローカルのプライベート クラウド ネットワークとパブリック クラウド ネットワークをレイヤー 2 またはレイヤー 3 で接続して、ユーザーの 2 つのサブビジネス部門をデータ センター間で接続するなど、さまざまなカスタマイズされたネットワーク構造を実装できることを意味します。ネットワーク構成は非常に複雑で、複数のデバイスが関係するため、ネットワーク機能はクラウド コンピューティング ベンダーの総合的な機能を反映することがよくあります。

ストレージ接続: 通常、プライベート クラウドとパブリック クラウド間でストレージ システムを直接接続したり拡張したりすることは困難です。したがって、ストレージ接続とは、スナップショットおよびミラー レベルでの接続を意味します。つまり、仮想マシンまたはコンテナのスナップショットとイメージをプライベート クラウドとパブリック クラウド間で自由に移行できるため、完全な増分移行やリアルタイム移行など、コスト効率が非常に高くなります。これにより、ローカルで作成されたイメージ テンプレートを直接使用してパブリック クラウド上にクラウド ホストを作成したり、その逆を行ったりできるようになります。

上記の 3 つの接続を実現した後、ユーザーは、複数のローカル データ センターと複数のパブリック クラウド VPC を接続し、スター、リング、メッシュなどのビジネス指向のネットワークに自由に組み合わせたり、イメージ スナップショットを異なる場所間で共有したりするなど、ハイブリッド クラウドに基づく多くのカスタマイズされたネットワークを実装できます。これらの構成はすべて数分で完了するため、ビジネスイノベーションが大幅に加速され、情報サイロが完全に排除され、全国で 1 つのネットワークと 1 つのシステムが実現します。

シームレスなハイブリッド体験

シームレスな統合は、コントロール プレーンの設計に重点が置かれており、パブリック クラウドでもプライベート クラウドでも、ユーザーのすべてのクラウド リソースを平等に扱うことができます。実際、パブリック クラウド プラットフォームとプライベート クラウド プラットフォーム (Azure Stack などのプラットフォームを除く) のモデルには本質的に一貫性がないため、同じインターフェイスとロジックで動作するように強制することは困難です。リージョンやアベイラビリティゾーンなどの概念は、ユーザーからブロックすることはできないが、プライベートクラウドでは存在することが難しい概念です。

したがって、実装の観点では、パブリック クラウドとプライベート クラウドのリソースが互いに分離されるのではなく、同じプラットフォーム上で運用され、内部の動作ロジックが完全に一貫していることが、優れたシームレスなエクスペリエンスとなるはずです。この例では、クラウド ホストの作成と専用回線接続の作成を例に挙げます。

クラウドホストを作成する

プライベート クラウド ホストを作成するときは、ネットワーク、プライマリ ストレージ、イメージ、リソース仕様、場合によっては物理マシン、クラスターなどを選択する必要があります。パブリック クラウド ホストを作成するときは、イメージ、セキュリティ グループ、ネットワーク、コンピューティング仕様、場合によっては可用性ゾーンを選択する必要があります。対照的に、パブリック クラウドでは物理マシンが見えず、プライベート クラウドでは可用性ゾーンが見えません。両者のコンピューティング仕様とネットワーク モデルも完全に異なる可能性があります。

同じページに配置することもできますが、1 ページであっても 2 ページであっても、ユーザーの操作パスの 1 ステップに過ぎないため、あまり意味がありません。本当に重要なのは、ユーザーが操作中に完全にシームレスだと感じることです。つまり、作成プロセスはまったく同じであり、すべてのリソースをパブリック クラウド コンソールで追加で検索する必要はなく、すべての操作をローカルでクローズド ループで完了できます。

専用回線接続を作成する

これは典型的なクロスクラウド リソース操作です。接続する際には、ローカル ネットワークとパブリック クラウド ネットワークを選択する必要があります。これらのオプションは、プラットフォーム上で直接選択または作成し (たとえば、境界ルーターの作成など)、[接続] をクリックする必要があります。ハイブリッド クラウド プラットフォームは、残りの接続作業を自動的に完了します。ユーザーは、ID、ゲートウェイ、CIDR などの属性を表示するために各クラウド プラットフォームにログインする必要はありません。経験の観点からは、2 つのネットワークを選択することで接続が作成されるというのがユーザーの直感です。その背後では、ハイブリッド クラウド プラットフォームが多くのモデリングとデータ同期作業を実行します。

上記の 2 つの例から、パブリック クラウドとプライベート クラウドのモデルは本質的に異なるため、非対応ハイブリッド クラウドでは、異なるクラウド プラットフォームを適用するためにユーザーに同じモデルの使用を強制しないことがわかります。代わりに、対応するモデルが確立された後、まったく同じロジックがバックグラウンドで使用され、それらのモデルが処理されます。 API 設計の観点から見ると、プライベート クラウド リソースとパブリック クラウド リソースの操作は異なる API に属しますが、そのセマンティクスとパラメーターは非常に似ています。

ハイブリッドクラウドアーキテクチャの具体的な技術的実装原則

すべてを接続してシームレスなエクスペリエンスを提供することを定義した後、技術レベルでそれらを実装するときに何に注意する必要がありますか?以下に、参考となる設計原則をいくつか示します。

完全なデータモデルの構築

プライベート クラウド プラットフォームを設計する際には、スナップショット、ディスク、クラウド ホスト、VPC、ルーターなど、密接にリンクされた完全なプライベート クラウド データ モデルを確立します。同様に、パブリック クラウド プラットフォームを設計する場合も、対応するデータ モデルを確立する必要があります。したがって、ハイブリッド クラウドを設計する場合は、両方のモデルを同時に構築する必要があり、関連する関係が多数あるため、それらのモデルは完全でなければなりません。つまり、いずれかのリソースがないモデルは完全であるとは見なされません。

仮想IDを展開する

パブリック クラウド リソースはローカルの場所にマッピングされ、仮想リソースになります。パブリック クラウド ID を直接使用するのではなく、各パブリック クラウド リソースにローカル仮想 ID を割り当てる必要があります。マルチテナントのシナリオでは、パブリック クラウド ID はローカルでは一意ではなく、ローカル ID のみがその一意性を保証できるためです。

トリガー同期

マッピング関係があるため、同期が必要であり、同期はアクティブにトリガーすることも、パッシブにトリガーすることもできます。同期の目的は、まず、パブリック クラウド コンソールでユーザーが実行した操作が、タイムリーにローカルに反映されるようにすることです。 2 番目は、すべての読み取りおよび書き込み操作がローカルで実行されるようにし、操作の流暢さがミリ秒レベルに達するようにします。同期により、ハイブリッド クラウド リソースの操作速度は、パブリック クラウド コンソールで直接操作する場合よりも 2 桁高速化されるため、ユーザーは安心してより多くの操作を実行できます。

リソースモデルのトラバース

クラウド コンピューティングのリソース モデルはツリー構造であるため、すべての操作ではツリーをトラバースして、その親、子、および関連リソースをすべてタイムリーに変更できるようにする必要があります。たとえば、VPC を削除または同期するには、その下のすべてのスイッチ、セキュリティ グループ、クラウド ホスト、EIP、NAT ゲートウェイ、ルーティング テーブル、セキュリティ ルールなどを調べて、対応する変更を加える必要があります。失敗した場合、操作のアトミック性を保証するために、順番にロールバックできる必要があります。たとえば、ローカル ネットワークを削除するには、単に削除するのではなく、ルーティング デバイス、監視インジケーターなど、そのネットワークを指すすべてのリソースを走査し、ルーティングを変更し、ネットワーク トポロジの関係を自動的に調整する必要があります。下の図は、VPN 接続のハイブリッド クラウド データ モデルを示しています。

ハイブリッド クラウド VPN 接続のデータ モデル

論理と実際の操作を区別する

パブリック クラウド リソースに対する操作では、管理者による管理を容易にするために、論理操作と実際の操作を区別する必要があります。たとえば、一部のユーザーはパブリック クラウド ネットワークを論理的にしか削除できませんが、実際にパブリック クラウド ネットワークを削除することは許可されていません。たとえば、可用性ゾーンの概念の場合、ユーザーは可用性ゾーンとそのサブリソースを論理的にクリアすることしかできませんが、可用性ゾーンはパブリック クラウドの固有の属性であるため、実際に可用性ゾーンを削除することはできません。

アップグレードの原則

ハイブリッドクラウド製品の場合、プライベートクラウド部分は製品のアップグレードに合わせてアップグレードできますが、パブリッククラウド部分のアップグレードは製品の安定性に影響を与える可能性があります。したがって、次の 2 つの原則に注意する必要があります。

まず、パブリッククラウドの運用障害の範囲を、制御可能な範囲内で可能な限り制御する必要があります。たとえば、パブリック クラウド API 呼び出しの失敗が製品プロセス全体に影響を及ぼさないように、エラーやデータ構造を制限されたパッケージ内で制御する必要があります。

次に、パブリック クラウド上で変更される可能性のある動作とリソースに対して柔軟性とダウングレード可能性を維持します。たとえば、パブリック クラウド上の可用性ゾーンは追加および閉鎖される可能性があり、各可用性ゾーンに表示されるリソースの種類は非対称であり、変更される可能性があります (インベントリの変更など)。したがって、このような変更を動的に識別し、それに応じて処理するメカニズムが必要です。 2 点目としては、開発者は各パブリック クラウド自体の実装メカニズムについても深く理解する必要があります。

上記の設計原則は簡単ではありませんが、一度確立すれば、UI 上で驚くほどインテリジェントなデザインを数多く作成できます。一方、パブリック クラウド リソースでの操作では、ミリ秒レベルの応答を実現できます。完全に非同期のフレームワークでは、1 つの管理ノードで何千ものクラウド リソースを管理できるため、ユーザーはパブリック クラウド コンソールを使わずに済みます。

ハイブリッド クラウド プラットフォームでユーザーは何ができるでしょうか?

ユーザーにとって、ハイブリッド クラウドは多くの実装の詳細を隠すのに役立つため、ユーザーはシナリオに応じて使用するだけで済みます。ここでは、ハイブリッド クラウド プラットフォームでユーザーが実行できる操作をリストします。

災害復旧シナリオ

ユーザーは、ローカル データ センター内のディスク、イメージ、またはクラウド ホストを指定し、バックアップ ポリシー、バックアップ グループ、または直接の手動の方法を使用して、それらをリモート パブリック クラウドにバックアップできます。ハイブリッド クラウド プラットフォームは、接続性と重複排除の問題の解決に役立ちます。

相互接続シナリオ

ユーザーは、ローカルデータセンターを指定して、VPN または専用回線経由でパブリッククラウド VPC に接続したり、複数のパブリッククラウド VPC に直接接続したり、複数の自社データセンターとパブリッククラウドでスターネットワークを形成し、イントラネットを介して相互にアクセスしたりします。これに基づいて、ユーザーはクラウド間でビジネスを展開したり、クラウド間で負荷分散を使用したりすることができます。接続の詳細はハイブリッド クラウド プラットフォームによって処理され、ユーザーは接続先を指定するだけで済みます。

柔軟なシナリオ

ユーザーは、クラウド ホストをローカル データ センターからパブリック クラウドに移動したり、その逆にパブリック クラウドからローカル データ センターに移動したりできるため、ビジネスの移行や柔軟な拡張の問題を解決できます。このシナリオにより、ユーザーのリソースコストを大幅に節約できるため、ハイブリッド クラウド プラットフォームを介したデータ移行の問題を解決できます。

マルチクラウド管理

ユーザーはパブリック クラウド コンソールにログインする必要がなくなり、すべての操作をローカルで完了できるようになります。ローカル プラットフォームは、ユーザーがアカウント間およびリージョン間の管理問題を解決するのにも役立ち、それによってユーザーのリソース管理速度が数桁向上します。

要約する

この記事では、システム概念の観点から、研究と実践におけるハイブリッド クラウドの理解について説明します。つまり、ハイブリッド クラウドでは、プライベート クラウドとパブリック クラウド間でアカウント、ネットワーク、ストレージを接続でき、異なるクラウド間でのユーザー エクスペリエンスの断片化を大幅に削減するスムーズなユーザー エクスペリエンスを提供して、ユーザーが基本的なリソースの接続方法を心配することなくビジネス アーキテクチャに集中できるようにします。

ハイブリッド クラウドに関するこの新しい理解に応えて、この記事では、ハイブリッド クラウドの設計目標と、この目標を達成するために使用すべき実装方法および設計原則を提案します。

【著者について】

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Deng Mingjian 、ZStack ハイブリッド クラウド アーキテクト。彼はビッグデータと分散システムの分野で長年の開発経験を持っています。 IaaS分野では、パブリッククラウド製品とプライベートクラウド製品の両方において豊富な研究開発経験を持っています。現在、ZStack でハイブリッド クラウド製品のアーキテクチャと開発を担当しています。 2008年にTaobaoに入社し、ビッグデータプラットフォームの運営と開発に携わった。 2011年にアリババのコアテクノロジー部門に入社し、分散システムHBaseプラットフォームの開発とアプリケーションサポートを担当しました。 2014年にAlibaba Cloudに入社し、ECS製品のアーキテクチャと開発を担当しました。 2016 年にハイブリッド クラウド アーキテクトとして ZStack に入社。

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