Computación en la Nube - ICAP-Tema 2 PDF

Tema 2 Computación en la Nube Infraestructura para la Computación de Altas Prestaciones Curso 2024/2025 Tema 2: Computación en la Nube 1 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue...

Tema 2 Computación en la Nube Infraestructura para la Computación de Altas Prestaciones Curso 2024/2025 Tema 2: Computación en la Nube 1 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue Infraestructura como Servicio (IaaS) Plataformas como Servicio (PaaS) Software como Servicio (SaaS) Soluciones avanzadas con Cloud Computing Tema 2: Computación en la Nube 2 Computación previa al Cloud Infraestructura como Hardware: requiere espacio físico, personal especializado y seguridad Inversión y planificación: necesita una planificación exhaustiva y una inversión de capital Larco ciclo de adquisición: de hardware, que incluye compra, instalación y mantenimiento Capacidad de recursos: debe dar respuesta a picos máximos de carga teóricos – Si no se alcanza nunca: Costos por recursos inactivos – Si alguna vez se supera: Capacidad insuficiente para dar respuesta a la aplicación demandante Cambio de necesidades: demandan tiempo, esfuerzo y dinero para implementar nuevas soluciones. Tema 2: Computación en la Nube 3 Computación en la nube Definición del NIST (National Institute of Standards and Technology) de EEUU https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecial publication800-145.pdf Cloud computing is a model for enabling ubiquitous, convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage, applications, and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction. Tema 2: Computación en la Nube 4 Computación en la nube Infraestructura como SW: la infraestructura se conceptualiza como software, ofreciendo soluciones flexibles, más rápidas, sencillas y rentables de modificar Selección y pago por uso: Permite seleccionar servicios en la nube que se adapten a las necesidades, aprovisionar y finalizar recursos bajo demanda, y pago por uso Escalabilidad elástica: Los recursos se pueden escalar hacia arriba y hacia abajo de manera automática y elástica Recursos temporales y desechables: El modelo de nube permite tratar los recursos como temporales y desechables, facilitando la implementación rápida de nuevas soluciones con costos iniciales bajos. Enfoque en actividades críticas: libera a desarrolladores y departamentos de TI de tareas arduas como aprovisionamiento, mantenimiento y planificación de capacidad Tema 2: Computación en la Nube 5 Computación en la nube Arquitectura Multi-Tenant Tema 2: Computación en la Nube 6 Características del modelo Cloud Servicio bajo demanda: un usuario puede hacer uso de los servicios de la nube cuando lo necesite sin requerir la interacción humana Acceso a través de red: los servicios de la nube están disponibles en la red (Internet / Intranet) y accesibles a todo tipo de plataformas Pool de recursos: los recursos de la nube son dinámicamente asignados dependiendo de su demanda (arquitectura multi-tenant) y no hay control ni conocimiento de su ubicación física Elasticidad: los recursos son asignados y liberados rápidamente, dando apariencia de ser ilimitados Monitorización: el uso de recursos es monitorizado, controlado y registrado proporcionando transparencia Tema 2: Computación en la Nube 7 Características del modelo Cloud Seguridad: proteger información y activos mediante evaluaciones de riesgo, trazabilidad (Identity and Access Management), seguridad multicapa, automatización y protección de datos en tránsito y reposo Fiabilidad: recuperación de errores de infraestructura, la adquisición dinámica de recursos y la mitigación de interrupciones (por ejemplo, errores de configuración o transitorios de red) Implementación de técnicas de tolerancia a fallos (e.g., redundancia) Rendimiento y optimización de costos: uso eficiente de los recursos de cómputo, almacenamiento y red, en función de la demanda y atendiendo a criterios de Calidad de Servicio Maximización de la relación coste-rendimiento Tema 2: Computación en la Nube 8 Modelos de Servicio Software as a Service (SaaS): – El usuario usa las aplicaciones que se encuentran en la nube. – El usuario puede configurar la aplicación de manera limitada. – El usuario no gestiona o controla la infraestructura de la nube. Platform as a Service (PaaS): – El usuario desarrolla las aplicaciones en la nube. – El usuario usa librerías y herramientas que se encuentran en la nube. – Sin administración/configuración de infraestructura subyacente – El usuario no gestiona o controla la infraestructura de la nube. Infrastructure as a Service (IaaS): – El usuario desarrolla las aplicaciones en la nube. – El usuario configura los recursos fundamentales (red, almacenamiento y sistema operativo). – El usuario instala las librerías y herramientas que precisa. – Mayor flexibilidad y control de administración – El usuario no gestiona o controla la infraestructura de la nube. Tema 2: Computación en la Nube 9 Modelos de Servicio Tema 2: Computación en la Nube 10 Modelos de Servicio Arquitectura del modelo de computación Cloud Fuente: Geng H. Data Center Handbook: Plan, Design, Build, and Operations of a Smart Data Center. 2021. Tema 2: Computación en la Nube 11 Nuevos Modelos de Servicio Computación sin servidor (serverless computing): Creación y ejecución de aplicaciones sin tener que preocuparse por los servidores y cualquier infraestructura subyacente que sea necesaria para la ejecución de éstas. El usuario no aprovisiona ni administra nada. No instala SO ni librerias. Escalado automático El usuario paga solo por el tiempo de ejecución Function as a Service (FaaS): Tipo de serverless computing Permite ejecutar código de backend sin gestionar el entorno de ejecución El usuario solo escribe código Tema 2: Computación en la Nube 12 Nuevos Modelos de Servicio Serverless computing y PaaS Los dos permites al usuario centrarse en el desarrollo de su applicación El usuario no gestiona servidores Pero PaaS no es serverless computing PaaS expone más detalles del entorno de ejecución El usuario tiene mayor control del entorno de despliegue PaaS por defecto no tiene escalado automático El usuario lo tiene que configurar Tema 2: Computación en la Nube 13 Modelos de Despliegue Private Cloud: – Uso exclusivo de usuarios de una organización. Recursos no compartidos. Public Cloud: – Uso abierto a todos los usuarios y organizaciones. Community Cloud: – Uso exclusivo de una comunidad de usuarios que pertenecen a organizaciones que comparten objetivos. Hybrid Cloud: – Combinación de dos o más cloud de distintos modelos – Empresa con datos sensibles en cloud privada y el resto en cloud público – Interconexión entre sistemas locales y en el cloud de una empresa Tema 2: Computación en la Nube 14 Proveedores de Nube Pública Amazon Web Service (AWS) Microsoft Azure Google Cloud Platform (GCP) Tema 2: Computación en la Nube 15 Nube Privada Plataformas abiertas de gestión del cloud (Cloud Management Platforms –CMP -) OpenStack OpenNebula CloudStack Codebase Python Java, Perl Java Hypervisors Xen, KVM, VMware Components Disk images, Block devices, Fault tolerance, Image service, Amazon API, Users, Security, Networking, Dashboard Installation Medium Medium Medium/Large Requirements Tema 2: Computación en la Nube 16 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue Infraestructura como Servicio (IaaS) Plataformas como Servicio (PaaS) Software como Servicio (SaaS) Soluciones avanzadas con Cloud Computing Tema 2: Computación en la Nube 17  Infraestructura como Servicio (IaaS) En un servicio IaaS el hardware está virtualizado en la nube El proveedor de la nube es propietario del equipamiento (servidores, almacenamiento, red, etc) El desarrollador (usuario del servicio IaaS) crea el escenario virtual sobre donde desarrollará las aplicaciones Usuario Cloud Provider (CP) Tema 2: Computación en la Nube 18 Infraestructura como Servicio (IaaS) Operaciones del cliente en un servicio IaaS: Creación y gestión de imágenes ▪ Imagen: un sistema de archivos arrancable (bootable file system) usado para lanzar instancias ▪ Plantilla de máquina virtual ▪ Diferentes formatos, lo más extendidos son ISO e IMG ▪ Disponibles para diferentes sistemas operativos, p.e., CentOS, Ubuntu, Debian, Windows. Definición de reglas de acceso y seguridad ▪ Reglas de filtrado IP que se aplican al tráfico de red de la instancias ▪ Firewall del cloud Tema 2: Computación en la Nube 19 Infraestructura como Servicio (IaaS) Operaciones del cliente en un servicio IaaS: Gestión del almacenamiento y volúmenes ▪ Volúmenes de memoria persistente que se asocia a una instancia ▪ Sistemas de ficheros compartidos que puede ser accedido por múltiples instancias Creación de redes virtualizadas ▪ Redes y subredes virtualizadas para la conexión de las instancias entre sí ▪ Routers virtualizados Creación y uso de máquinas virtuales ▪ Instanciación de máquinas virtuales ▪ Diversas operaciones: pausa, reinicio, borrado ▪ Grabar snapshot de una instancia Tema 2: Computación en la Nube 20 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue Infraestructura como Servicio (IaaS) Plataformas como Servicio (PaaS) Software como Servicio (SaaS) Soluciones avanzadas con Cloud Computing Tema 2: Computación en la Nube 21  Plataformas como Servicio (PaaS) En un servicio PaaS el entorno de desarrollo está disponible para el desarrollador El entorno de desarrollo puede estar basado en lenguajes de programación o frameworks específicos El proveedor del servicio PaaS es responsable del mantenimiento del hardware y el entorno de desarrollo Usuario Cloud Provider (CP) Tema 2: Computación en la Nube 22 Plataformas como Servicio (PaaS) Ejemplo: AWS Elastic Beanstalk Plataforma para el despliegue y gestión de servicios Web Se encarga del despliegue, health monitoring, balanceo de carga, aprovisionamiento de capacidad, auto-escalado, logging, análisis, nombre de dominio, gestión de versiones. Permite configurar, si se desea, detalles sobre la Plataforma (e.g., tipo de instancias EC2, almacenamiento, red). Plataformas soportadas: Microsoft.NET PHP Java Docker Python Node js …. Tema 2: Computación en la Nube 23 Plataformas como Servicio (PaaS) Ejemplo: AWS Elastic Beanstalk Tema 2: Computación en la Nube 24 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue Infraestructura como Servicio (IaaS) Plataformas como Servicio (PaaS) Software como Servicio (SaaS) Soluciones avanzadas con Cloud Computing Tema 2: Computación en la Nube 25 Software como Servicio (SaaS) En un servicio SaaS la infraestructura, el software y la aplicación completa están disponible para el usuario Tema 2: Computación en la Nube 26 X as a Service Decenas de “buzzwords” se refieren a servicios ofrecidos por proveedores de Cloud La mayoría se basan en el modelo PaaS pero también en SaaS Por ejemplo: Identity as a Service (IDaaS): Plataforma de gestión del IAM de una empresa Container as a Service (CaaS): Plataforma para ejecutar aplicaciones de contenedores Data as a Service (DaaS): conjunto de herramientas cloud “data-centric” que cubren todo el pipeline de datos. Es un SaaS con más nivel de automatización y configuración Tema 2: Computación en la Nube 27 Contenido Introducción a Cloud Computing Características esenciales Modelos de servicio Modelos de despliegue Infraestructura como Servicio (IaaS) Plataformas como Servicio (PaaS) Software como Servicio (SaaS) Soluciones avanzadas con Cloud Computing Tema 2: Computación en la Nube 28 Soluciones Avanzadas con Cloud Los servicios Cloud puede combinarse con otro tipo de tecnologías para ofrecer soluciones avanzadas y adaptadas Internet de las cosas (IoT) y Cloud IoT: conjunto de dispositivos físicos que reciben y transfieren datos a través de redes inalámbricas sin la intervención humana La tecnología Cloud sustenta la mayoría de las soluciones de IoT Tema 2: Computación en la Nube 29 Soluciones Avanzadas con Cloud Fog Computing Busca acortar los tiempos de respuesta para los usuarios Lleva parte de la infraestructura de la nube cerca del usuario, p.e., a la LAN de los edificios Edge Computing (EC) Busca acortar aún más los tiempos de respuesta Lleva parte de la inteligencia de la nube a los propios dispositivos, p.e., dispositivos móviles (redes 5G) o IoT Aplicaciones en tiempo real requieren tiempos de respuesta mínimos, p.e., una aplicación de ayuda a la conducción de un coche Muy relacionada con IoT Tema 2: Computación en la Nube 30 Soluciones Avanzadas con Cloud Tema 2: Computación en la Nube 31 Bibliografía Barroso L. A., Hölzle U., Ranganathan P. The Datacenter as a Computer. Springer. Synthesis Lectures on Computer Architecture. Tercera Edición. 2019. Panda D.K., Lu X., Shankar D. High-performance big data computing. MIT Press. 2022. Geng H. Data Center Handbook: Plan, Design, Build, and Operations of a Smart Data Center. Wiley.; Segunda Edición. 2021. Cursos de AWS Academy: – Academy Cloud Architecting Tema 2: Computación en la Nube 32  Tema 2 Computación en la Nube Infraestructura para la Computación de Altas Prestaciones Curso 2024/2025 Tema 2: Computación en la Nube 33