Verfügbarkeitszone (Availability Zone)

Was ist eine Verfügbarkeitszone (Availability Zone)?

Verfügbarkeitszonen (Availability Zones) sind isolierte oder getrennte Rechenzentren in bestimmten Regionen, in denen Public-Cloud-Dienste entstehen und betrieben werden. Cloud-Computing-Unternehmen verfügen in der Regel über mehrere weltweite Verfügbarkeitszonen. Dadurch wird sichergestellt, dass Cloud-Kunden eine stabile Verbindung zu einem Cloud-Service in der geografischen Verfügbarkeitszone haben, die ihnen am nächsten ist.

Cloud-Service-Anbieter (CSPs) hosten ihre Ressourcen und Rechenzentren an mehreren Standorten weltweit. Die Standorte, die voneinander isoliert sind, aber nahe genug beieinander liegen, um Verbindungen mit niedriger Latenz zu haben, werden als Verfügbarkeitszonen bezeichnet. Availability Zones stellen Teile von Regionen dar und jede Zone umfasst ein oder mehrere Rechenzentren.

Die Isolierung und die Entfernung zwischen Verfügbarkeitszonen verringern die Wahrscheinlichkeit, dass mehr als eine Zone von ungünstigen Wetterbedingungen, Stromausfällen oder anderen Katastrophen an diesem geografischen Standort betroffen ist. Selbst wenn eine Availability Zone aufgrund einer Katastrophe ausfällt, unterstützen die verbleibenden AZs weiterhin regionale Dienste, stellen Rechen- und Storage-Kapazitäten zur Verfügung und gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit für die Nutzer der Cloud. Gleichzeitig ist die Entfernung zwischen den Verfügbarkeitszonen kurz genug, um sicherzustellen, dass die Verbindung zwischen den AZs eine sehr niedrige Round-Trip-Latenz (typischerweise wenige Millisekunden) für alle notwendigen Datenübertragungen bietet.

Die größeren CSPs wie Amazon Web Services (AWS) und Microsoft Azure bieten in der Regel mehr Cloud-Computing-Ressourcen an und verfügen daher über mehrere weltweite Verfügbarkeitszonen. Das trägt dazu bei, dass Cloud-Kunden über stabile Verbindungen mit geringer Latenz auf die benötigten Ressourcen an dem geografischen Standort zugreifen können, der ihnen am nächsten liegt.

Rechenzentren in Verfügbarkeitszonen

Eine Verfügbarkeitszone besteht aus mehreren Rechenzentren, die alle mit einer unabhängigen Strom-, Kühl- und Netzwerkinfrastruktur ausgestattet und von den Rechenzentren in anderen Zonen getrennt sind. Die Rechenzentren innerhalb jeder Availability Zone sind ebenfalls voneinander getrennt, um die potenziellen negativen Auswirkungen eines Ausfalls zu minimieren und eine kontinuierliche Verfügbarkeit und Kapazität zu gewährleisten.

Die Rechenzentren in einer Verfügbarkeitszone sind über eine redundante private Hochgeschwindigkeits-Netzwerkverbindung mit geringer Latenzzeit miteinander verbunden, und alle Availability Zones in einer Region sind über dieselbe Art von Netzwerkverbindungen miteinander verbunden. Die zuverlässigsten CSPs wählen die Standorte ihrer Rechenzentren sehr sorgfältig und erst nach einer gründlichen Schwachstellenanalyse aus. Diese Bewertung ermöglicht es ihnen, rechenzentrumsspezifische Risiken zu identifizieren und auch zu verstehen, ob irgendwelche Risiken zwischen den AZs geteilt werden.

Was sind die Vorteile von Verfügbarkeitszonen?

Unternehmen wählen Verfügbarkeitszonen aus einer Vielzahl von Gründen aus, darunter Compliance und Kundennähe. Cloud-Administratoren können sich auch dafür entscheiden, Services über mehrere Availability Zones hinweg zu replizieren, um Latenzzeiten zu verringern oder Ressourcen zu schützen. Im Falle eines Ausfalls können Administratoren Ressourcen in eine andere AZ verschieben. Bestimmte Cloud-Services können auch auf bestimmte Regionen oder AZs beschränkt werden.

Wenn eine Organisation eine Cloud-Instanz startet, wählt sie eine Region und dann eine Verfügbarkeitszone aus. Normalerweise gibt es mehrere Zonen, aus denen Kunden in einer Region wählen können, oder sie können den Cloud-Service ihre Zone auswählen lassen. Die Verteilung von Instanzen auf mehrere Zonen bietet Redundanz und Failover, so dass selbst bei einem Ausfall einer Instanz eine Instanz in einer anderen Availability Zone Anfragen bearbeiten kann (sofern die Anwendung für die Unterstützung des Failover ausgelegt ist). Wenn ein Rechenzentrum in einer Verfügbarkeitszone ein Problem hat, kann der Cloud-Anbieter seine Dienste weiterhin über die übrigen Zonen anbieten.

Was ist eine Multi-AZ-Bereitstellung?

AWS bietet ein verwaltetes Angebot namens Multi-AZ-Bereitstellung, um Hochverfügbarkeit und Failover-Unterstützung für Datenbankinstanzen (DB) zu gewährleisten. Mit diesem Angebot erhalten AWS-Benutzer eine oder zwei Standby-DB-Instanzen in einer anderen Verfügbarkeitszone. Wenn es zu einem Ausfall komm und die Master/Primär-DB in diesem AZ ausfällt, stellt die Multi-AZ-Bereitstellung sicher, dass die Standby-Instanz Failover-Support bietet. Die primäre DB-Instanz wird synchron über Verfügbarkeitszonen hinweg auf die Standby-Replik (oder Replikate) repliziert, um Datenredundanz zu gewährleisten, Lastspitzen zu minimieren, Hochverfügbarkeit sicherzustellen und die DB vor dem Ausfall der DB-Instanz bei geplanter Systemsicherung oder -wartung zu schützen.

Eine Multi-AZ-Bereitstellung mit einer Standby-Instanz (bekannt als Multi-AZ-DB-Instanz-Bereitstellung) bietet Failover-Unterstützung, bedient aber keinen Leseverkehr. Außerdem gibt es nur eine Zeile für die DB-Instanz.

Andererseits kann eine Multi-AZ-Bereitstellung mit zwei Standby-Instanzen (bekannt als Multi-AZ-DB-Cluster-Bereitstellung) beides leisten. Bei dieser Art der Multi-AZ-Bereitstellung gibt es eine Zeile auf Clusterebene mit drei DB-Instanzzeilen darunter.

Regionen, Verfügbarkeitszonen und lokale Zonen im Vergleich

Verfügbarkeitszonen sind mehrere, isolierte Standorte innerhalb einer Region. Jede Verfügbarkeitszone wird durch einen eindeutigen Code identifiziert. Der Code für die AWS-Verfügbarkeitszone US West (Nordkalifornien), die 2009 eingeführt wurde, lautet beispielsweise us-west-1. Der Code für die Verfügbarkeitszone Asia Pacific (Mumbai), die 2016 eingeführt wurde, lautet ap-south-1.

Einige CSPs erlauben ihren Kunden, mehrere Verfügbarkeitszonen gemeinsam zu nutzen. Auf diese Weise können sie separate Kopien ihrer Anwendungen und Daten in verschiedenen Rechenzentren aufbewahren, die räumlich voneinander getrennt in einem großen Ballungsgebiet liegen.

Die AZ-Ressourcen, die den Kunden zur Verfügung stehen, können entweder an eine bestimmte Verfügbarkeitszone gebunden (zonale Ressourcen) oder über mehrere AZ verteilt sein (zonenredundante Ressourcen). Kunden, die sich für zonale Ressourcen entscheiden, sind für den Failover auf eine andere AZ verantwortlich, wenn es in einer AZ zu einem Ausfall kommt. Der CSP verwaltet Failover für zonenredundante Ressourcen.

Eine Region ist ein geographischer Standort, der mehrere AZs umfasst. Cloud-Anbieter haben in der Regel zwei oder mehr Verfügbarkeitszonen innerhalb jeder Region. Jede Region ist isoliert und unabhängig von anderen Regionen. Während eine Region mehrere AZs haben kann, werden keine AZs von verschiedenen Regionen gemeinsam genutzt. Die Regionen sind über die ganze Welt verteilt, so dass Cloud-Anbieter Kunden auf mehreren Kontinenten erreichen können.

Einige CSPs bieten auch lokale Zonen in einigen geografischen Regionen an. AWS zum Beispiel bietet sechs lokale Zonen in der Region US West (Oregon), jeweils zwei lokale Zonen in den Regionen, Mumbai, Sydney, Singapur und Europa (Stockholm) an. Eine lokale Zone ist eine Erweiterung einer Region, die es Cloud-Kunden ermöglicht, Rechen- und Storage-Ressourcen in einer Region zu platzieren, die näher bei ihren Nutzern liegt, und die Vorteile einer Kommunikation mit geringer Latenz zu nutzen. Bei AWS können Kunden eine virtuelle Private Cloud auf eine lokale Zone ausweiten, indem sie ein Subnetz in dieser lokalen Zone erstellen.

Verfügbarkeitszonen in AWS, Azure und Google Cloud

Die drei großen CSPs – AWS, Microsoft Azure und Google Cloud – verwenden sowohl Regionen als auch Verfügbarkeitszonen. Google verwendet jedoch den Begriff Zonen und nicht Verfügbarkeitszonen, um die Standorte seiner Cloud-Ressourcen zu bezeichnen.

Die Verfügbarkeitszonen, die jeder CSP anbietet, sind auch unabhängig voneinander, so dass ein Ausfall oder eine Störung in einer AZ keine Auswirkungen auf andere Zonen hat; die anderen Zonen übernehmen den Rückstand der Region, die ausgefallen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass der Disaster-Recovery-Plan eines Unternehmens nicht beeinträchtigt wird.

Da ständig neue Regionen und AZs von den Anbietern erschlossen werden, ist eine genaue Zahl nicht zu nennen. Jedoch bieten Azure, AWS und Google Cloud jeweils eine Übersicht, die laufend aktualisiert wird.

Auswahl einer Verfügbarkeitszone

Bei der Wahl einer Verfügbarkeitszone eines Cloud-Anbieters sollten Benutzer Folgendes berücksichtigen:

• Latenz und Nähe: Die nächstgelegene Zone bietet die geringsten Latenzzeiten.
• Einhaltung der Vorschriften: Je nach Standort müssen Cloud-Anbieter unterschiedliche Compliance-Gesetze und -Vorschriften einhalten, wie zum Beispiel die DSGVO. Daher ist es wichtig, eine AZ zu wählen, die die Compliance-Anforderungen erfüllt, die für die Nutzerorganisation gelten.
• Service Level Agreements für die Verfügbarkeit: Der Grad der Verfügbarkeit kann sich je nach Cloud-Anbieter oder Region ändern. Normalerweise bieten die AZs von AWS, Azure und Google Cloud eine hohe Verfügbarkeit.
• Kosten: Verschiedene Regionen können mehr kosten als andere, und die Kosten können sich je nach Cloud-Anbieter ändern.
• Redundanz und Ausfallsicherung: Die Wahl des CSP und der AZ hängt auch davon ab, ob das Unternehmen Daten oder Anwendungen an einem Standort oder an mehreren Standorten speichern muss.