Einführung in Cloud-basierte Softwarearchitektur

Seminarziel

Am Ende des Seminars sind die Teilnehmenden in der Lage, effiziente und sichere Cloud-Architekturen zu entwerfen, zu implementieren und zu optimieren. Sie verstehen die grundlegenden und erweiterten Konzepte der Cloud-Architektur und können diese in ihren Projekten anwenden

Inhalt

• Einführung in Cloud-basierte Softwarearchitektur
  • Grundlagen der Cloud-basierten Architektur
    • Überblick: Cloud-basierte Softwarearchitektur bezieht sich auf die Gestaltung und den Aufbau von Softwareanwendungen, die auf Cloud-Infrastrukturen laufen. Sie bietet Skalierbarkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz.
    • Vorteile der Cloud-Architektur: Erhöhte Skalierbarkeit, bessere Verfügbarkeit, reduzierte Betriebskosten und schnelleres Time-to-Market durch Nutzung von Cloud-Diensten.
    • Vergleich traditioneller und Cloud-basierter Architekturen: Unterschiede zwischen monolithischen Architekturen, Service-orientierter Architektur (SOA) und modernen Cloud-nativen Architekturen.
• Cloud-Service-Modelle und ihre Auswirkungen auf die Architektur
  • Infrastructure as a Service (IaaS), Platform as a Service (PaaS) und Software as a Service (SaaS)
    • Einführung in Cloud-Service-Modelle: Unterschiede und Anwendungsfälle für IaaS, PaaS und SaaS, und wie sie die Architekturentscheidungen beeinflussen.
    • Vor- und Nachteile der Modelle: Diskussion der jeweiligen Vor- und Nachteile der Modelle in Bezug auf Flexibilität, Kontrolle und Wartungsaufwand.
    • Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Architekturen: Strategien für den Einsatz von Multi-Cloud- und Hybrid-Cloud-Ansätzen zur Steigerung der Ausfallsicherheit und zur Vermeidung von Vendor Lock-in.
• Design-Prinzipien für Cloud-native Anwendungen
  • Microservices-Architektur
    • Einführung in Microservices: Grundlagen der Microservices-Architektur, bei der Anwendungen aus kleinen, unabhängigen Diensten bestehen, die über APIs kommunizieren.
    • Vorteile und Herausforderungen: Vorteile wie Unabhängigkeit der Services, bessere Skalierbarkeit und Flexibilität; Herausforderungen wie Komplexität in der Verwaltung und Orchestrierung.
    • Best Practices für Microservices: Empfehlungen zur Gestaltung von Microservices, einschließlich der Beachtung von Domänengrenzen und der Nutzung von API-Gateways.
• Praxisübung 1: Entwurf einer Microservices-Architektur
  • Ziel der Übung: Die Teilnehmer entwerfen eine einfache Microservices-Architektur für eine fiktive Anwendung.
    • Projektbeschreibung: Design und Modellierung einer Anwendung, die auf einer Microservices-Architektur basiert, einschließlich der Definition von Services, APIs und Kommunikationsmethoden.
    • Anforderungen: Erstellung eines Architekturdiagramms, Definition der Services und APIs, Diskussion von Skalierungsstrategien.
  • Tools: Architektur-Design-Tools (z.B. Lucidchart, Draw.io).
  • Ergebnisse und Präsentation: Teilnehmer präsentieren ihre Microservices-Architektur und diskutieren die Designentscheidungen.
• Fortgeschrittene Cloud-Architekturthemen
  • Event-Driven Architecture (EDA)
    • Einführung in Event-Driven Architecture: EDA basiert auf der asynchronen Kommunikation zwischen Komponenten über Events, die oft durch Änderungen in einem Systemzustand ausgelöst werden.
    • Vorteile der EDA: Bessere Skalierbarkeit, Entkopplung von Diensten und flexiblere Reaktionsfähigkeit auf Ereignisse.
    • Implementierung von EDA in der Cloud: Nutzung von Cloud-Diensten wie AWS Lambda, Azure Functions oder Google Cloud Functions zur Implementierung von Event-Driven Systems.
• Continuous Integration/Continuous Deployment (CI/CD) in der Cloud
  • Automatisierte Build- und Deployment-Pipelines
    • Einführung in CI/CD: CI/CD automatisiert den Build-, Test- und Deployment-Prozess, um häufige und zuverlässige Releases zu ermöglichen.
    • CI/CD-Pipelines in der Cloud: Gestaltung von CI/CD-Pipelines mit Cloud-Tools wie AWS CodePipeline, Azure DevOps oder Google Cloud Build.
    • Best Practices für CI/CD in der Cloud: Empfehlungen zur Integration von Tests, Sicherheitsprüfungen und Monitoring in den CI/CD-Prozess.
• Sicherheit und Compliance in der Cloud-Architektur
  • Sicherheitsstrategien in der Cloud
    • Zero Trust Security: Einführung in das Zero Trust Modell, das den Netzwerkperimeter eliminiert und den Zugang zu Ressourcen auf der Grundlage von Identität und Kontext steuert.
    • Datenverschlüsselung und Identitätsmanagement: Best Practices zur Verschlüsselung von Daten im Ruhezustand und während der Übertragung sowie zur Verwaltung von Identitäten und Zugriffsrechten.
    • Compliance in der Cloud: Überblick über regulatorische Anforderungen (z.B. GDPR, HIPAA) und wie diese in Cloud-Umgebungen erfüllt werden können.
• Praxisübung 2: Aufbau einer CI/CD-Pipeline und Implementierung von Sicherheitsmaßnahmen
  • Ziel der Übung: Die Teilnehmer bauen eine einfache CI/CD-Pipeline auf und implementieren grundlegende Sicherheitsmaßnahmen.
    • Projektbeschreibung: Aufbau einer Pipeline für eine Cloud-basierte Anwendung, Integration von Tests und Sicherheitsprüfungen.
    • Anforderungen: Konfiguration der CI/CD-Tools, Implementierung von Sicherheitsrichtlinien, Sicherstellung der Compliance.
  • Tools: AWS CodePipeline , Azure DevOps , Google Cloud Build , Sicherheits-Tools (z.B. AWS IAM, Azure Active Directory).
  • Ergebnisse und Präsentation: Teilnehmer präsentieren ihre CI/CD-Pipelines und die implementierten Sicherheitsmaßnahmen.
• Optimierung und Skalierung von Cloud-basierten Anwendungen
  • Skalierungsstrategien in der Cloud
    • Auto-Scaling: Einführung in Auto-Scaling-Techniken, um Cloud-Ressourcen automatisch an die aktuellen Anforderungen anzupassen.
    • Load Balancing: Nutzung von Load Balancers, um den Traffic gleichmäßig auf mehrere Instanzen zu verteilen und die Verfügbarkeit zu erhöhen.
    • Kostenoptimierung: Strategien zur Optimierung der Kosten durch Nutzung von Reserved Instances, Spot Instances und Cloud-Kostenmanagement-Tools.
• Monitoring und Observability
  • Überwachung von Cloud-Umgebungen
    • Einführung in Monitoring-Tools: Nutzung von Cloud-basierten Monitoring-Tools wie AWS CloudWatch, Azure Monitor oder Google Stackdriver zur Überwachung der Systemleistung und zur Fehlerdiagnose.
    • Log-Management und Tracing: Implementierung von Log-Management- und Tracing-Lösungen zur detaillierten Analyse von Systemereignissen und zur Performance-Optimierung.
    • Observability-Prinzipien: Aufbau einer umfassenden Observability-Strategie zur proaktiven Überwachung und zur Identifikation von Problemen in Echtzeit.
• Praxisübung 3: Skalierung und Monitoring einer Cloud-basierten Anwendung
  • Ziel der Übung: Die Teilnehmer skalieren eine Cloud-basierte Anwendung und implementieren ein Monitoring-System.
    • Projektbeschreibung: Implementierung von Auto-Scaling, Konfiguration von Load Balancing und Einrichtung eines Monitoring-Systems.
    • Anforderungen: Skalierung der Anwendung, Konfiguration von Monitoring-Tools, Analyse von Logs und Metriken.
  • Tools: AWS CloudWatch , Azure Monitor , Google Stackdriver , Load Balancers .
  • Ergebnisse und Präsentation: Teilnehmer präsentieren ihre Skalierungsstrategien und Monitoring-Implementierungen und diskutieren die Ergebnisse.