Was ist Virtualisierung?

Virtualisierung bezeichnet Rechen-Technologie zur Simulation von Hardware-Funktionen, um softwarebasierte IT-Services wie Anwendungen, Server, Speicher und Netzwerke bereitzustellen. Durch Erstellung einer virtuellen Version einer Ressource oder eines Geräts (wie eines Servers oder Desktop-Computers) in einem einzigen Computersystem ermöglicht Ihnen Virtualisierung, die Effizienz von Computerhardware-Ressourcen zu maximieren.

Wichtige Themen zur Anwendungsvirtualisierung:

Wie funktioniert Virtualisierung?

Bei der Virtualisierung werden mithilfe einer als Hypervisor bezeichneten Software mehrere virtuelle Maschinen (auch virtuelle Computer, virtuelle Instanzen, virtuelle Versionen oder VMs genannt) aus einer physischen Maschine erstellt. Da diese virtuellen Maschinen die gleiche Leistung wie physische Maschinen bieten, aber nur die Ressourcen eines einzigen Computersystems benötigen, kann die IT mehrere Betriebssysteme auf einem einzigen Server ausführen (auch Host genannt). Bei diesem Vorgang weist der Hypervisor jedem virtuellen Computer nach Bedarf Rechenressourcen zu. Dadurch wird der IT-Betrieb effizienter und kostengünstiger. Durch diese flexible Ressourcenzuweisung wurde Virtualisierung zur Grundlage von Cloud Computing.

Virtualisierungsmethoden können sich je nach dem Betriebssystem des Benutzers ändern. Linux-Maschinen bieten etwa einen einzigen Open-Source-Hypervisor, auch kernelbasierte virtuelle Maschine (KVM) genannt. Da die KVM in Linux integriert ist, kann die Host-Maschine mehrere VMs ohne separaten Hypervisor ausführen. Die KVM wird jedoch nicht von allen IT-Lösungsanbietern unterstützt, und es braucht Linux-Fachwissen, um sie zu implementieren.

Was ist ein Beispiel für Virtualisierung?

Ein gängiges Szenario für Virtualisierung sieht so aus: Ein Unternehmen verfügt über drei physische Server, von denen jeder einen speziellen Zweck erfüllt: Einer verarbeitet Web-Traffic, einer dient als Mail-Server und einer wird für interne Unternehmensanwendungen genutzt. Werden die physischen Server nur für jeweils einen Zweck verwendet, wird nur circa ein Drittel ihrer eigentlichen Kapazität ausgelastet – das Unternehmen zahlt allerdings 100% der Unterhaltskosten.

Mit Virtualisierung ließe sich einer der Server in zwei virtuelle Maschinen unterteilen, was die Unterhaltskosten um 33% senken würde. Daraus folgt, dass ein Server E-Mail- und Web-Traffic verarbeiten könnte, während ein zweiter als Host für Unternehmensanwendungen dient. Der dritte Server könnte eingespart oder für einen anderen Zweck genutzt werden.

Virtualisierung vs. Cloud Computing

Cloud Computing ist die Bereitstellung von gemeinsamen Computerressourcen, Software oder Daten als Service über das Internet. Virtualisierung macht Cloud Computing möglich, da dabei virtuelle Ressourcen zu zentralisierten Pools zusammengefasst werden, die sich über eine Management-Software einfach verwalten und bereitstellen lassen. Funktionsprinzip:

  1. Bei der Virtualisierung werden mit einem Hypervisor virtuelle Maschinen auf physischen Servern erstellt, wodurch deren Rechenleistung, Anwendungen oder Speicher in virtuellen Umgebungen bereitgestellt werden können.
  2. Diese virtuellen Ressourcen werden zentral so zusammengefasst (normalerweise im eigenen Rechenzentrum), dass andere Computer über ein Netzwerk darauf zugreifen können. Dieser zentralisierte Ressourcenpool wird Cloud genannt.
  3. Wenn mit dem Netzwerk verbundene Computer mehr Speicher- oder Rechenressourcen benötigen, können Administratoren über die Management-Software der Cloud diese Netzwerkressourcen einfach bereitstellen. Dieser Schritt kann im Rahmen eines „Self-Service-Modells“ automatisiert werden, bei dem Nutzer nicht erst auf die Genehmigung durch einen Administrator warten müssen, um auf Cloud-Services zuzugreifen.
  4. Wenn die Rechen- oder Speicherressourcen der Cloud nicht mehr benötigt werden, kann deren Bereitstellung automatisch beendet werden, um sie nicht zu verschwenden und die Kosten für Rechenleistung möglichst gering zu halten. Dies wird als elastische oder automatisierte Infrastrukturskalierung bezeichnet.

Der Unterschied zwischen Virtualisierung und Cloud Computing besteht darin, dass es Virtualisierung ermöglicht, über einen Server Kapazität für viele bereitzustellen, und Cloud Computing einen gemeinsamen Ressourcenpool für mehrere Computer bietet (dieses System wird durch Virtualisierung ermöglicht).

Was sind die Vorteile der Virtualisierung?

Effizienz:

Bei der Virtualisierung kann ein physisches Gerät in mehrere virtuelle Maschinen aufgeteilt werden. Dadurch werden nicht nur weniger Server benötigt, sondern die vorhandenen lassen sich auch optimal ausnutzen. Diese Effizienzsteigerung schlägt sich in Ersparnissen bei Hardware, Kühlung und Unterhalt nieder – ganz zu schweigen von der positiveren CO2-Bilanz.

Mit Virtualisierung lassen sich zudem mehrere Arten von Anwendungen, Desktops und Betriebssystemen auf einem einzigen Gerät ausführen, anstatt separate Server für unterschiedliche Anbieter nutzen zu müssen. Dadurch sind Sie nicht an bestimmte Anbieter gebunden und können Ihre physischen Ressourcen deutlich effizienter verwalten, was die IT produktiver werden lässt.

Zuverlässigkeit:

Das Sichern und Wiederherstellen von Daten gelingt bei der Virtualisierung ganz einfach mit Snapshots der virtuellen Maschine auf bestehenden Servern. Die Sicherung lässt sich auch einfach automatisieren, damit alle Daten stets aktuell sind. Bei einer Notfallwiederherstellung mit dem Backup einer virtuellen Maschine lässt sich diese virtuelle Maschine ganz einfach in wenigen Minuten zu einem neuen Host migrieren. Aus dieser unkomplizierten Wiederherstellung nach Ausfällen oder Verlusten resultieren eine höhere Zuverlässigkeit und Business Continuity.

Unternehmensstrategie:

Virtualisierungs-Software verleiht Unternehmen mehr Flexibilität beim Testen und Zuweisen von Ressourcen. Da sich virtuelle Maschinen unkompliziert sichern und wiederherstellen lassen, kann die IT neue Technologien einfach testen und erproben. Virtualisierung legt auch den Grundstein für eine Cloud-Strategie, bei der die Ressourcen für virtuelle Maschinen in einem gemeinsamen Pool für Ihr Unternehmen zusammengefasst werden. Diese Cloud-basierte Infrastruktur verleiht Ihrem IT-Team die Kontrolle darüber, wer von welchem Gerät auf welche Ressourcen zugreifen darf. Dies erhöht die Sicherheit und Flexibilität.

Welche Arten von Virtualisierung gibt es?

Server-Virtualisierung

Server sind leistungsstarke Maschinen, die für die Ausführung spezifischer, komplexer Aufgaben konzipiert sind. Es ist üblich, dass die IT-Abteilung eine Aufgabe oder Anwendung pro Server zuweist, aber dies kann oft zu einer Unterauslastung der Kapazität sowie höheren Unterhaltskosten führen. Bei der Server-Virtualisierung werden physische Server per Hypervisor in mehrere virtuelle Server mit je einem eigenen Betriebssystem unterteilt. Dadurch können Server voll ausgelastet werden, um Hardware- und Betriebskosten deutlich zu senken.

Anwendungs- und Desktop-Virtualisierung

Bei der Virtualisierung muss nicht zwingend ein ganzer Server simuliert werden. Es lassen sich auch einzelne Anwendungsschichten oder Desktops virtualisieren:

Bei der Anwendungsvirtualisierung können Benutzer Anwendungen separat und unabhängig vom verwendeten Betriebssystem ausführen. Dies wird häufig genutzt, um Windows-Anwendungen unter Linux oder  macOS zu verwenden.

Desktop-Virtualisierung ermöglicht es Benutzern, eine Workstation zu simulieren, um über ein verbundenes Gerät wie einen Thin Client remote auf einen Desktop zuzugreifen. Folglich bietet Desktop-Virtualisierung einen sichereren und mobileren Zugriff auf die Ressourcen eines Rechenzentrums .

Anwendungs- und Desktop-Virtualisierung ist deshalb beliebt, weil Mitarbeiter ihre eigenen Geräte nutzen möchten und auch außerhalb des Büros auf Anwendungen zugreifen möchten. Allerdings ist es kostspielig und aufwendig, Anwendungen und Desktops für jeden Benutzer auf einzelnen Computern zu installieren und zu pflegen. Virtuelle Anwendungen und Desktops stellen eine bessere Lösung dar, denn sie werden auf einem zentralen Server gehostet, über den die IT sie hundertfach gleichzeitig bereitstellen kann. Dadurch müssen diese Anwendungen und Desktops (sowie deren Patches und Updates) nicht mehr auf jedem Computer installiert werden und virtuelle Anwendungen und Desktops bieten denselben Benutzerkomfort wie ihre physischen Pendants. Virtuelle Anwendungen und Desktops helfen Unternehmen auch bei der Einhaltung von Compliance-Vorschriften, Disaster Recovery und Business Continuity.

Netzwerk-Virtualisierung

Im Zuge der weiten Verbreitung virtualisierter Umgebungen entscheiden sich viele Unternehmen auch für eine Virtualisierung ihrer Netzwerke. Bei der Netzwerk-Virtualisierung wird die verfügbare Bandbreite in unabhängige Kanäle unterteilt, von denen jeder nach Bedarf einem Server oder Gerät zugewiesen wird. Die Netzwerk-Virtualisierung erleichtert die Programmierung und Bereitstellung des Netzwerks – einschließlich Load Balancing und Firewalling – ohne die zugrundeliegende Infrastruktur verändern zu müssen. Die IT-Abteilung verwaltet die Softwarekomponenten in der Regel über die Konsole eines Software-basierten Administrators (auch als „Software-definiertes Netzwerk“ oder „SDN“ bezeichnet). Eine weitere Methode ist die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen (Network Function Virtualiziation, NFV). Dabei werden Hardware-Appliances virtualisiert, die in einem Netzwerk dedizierte Funktionen bereitstellen (z. B. Load Balancing oder Traffic-Analysen), um sie einfacher bereitstellen und verwalten zu können. Während sich die Anforderungen an das Computing weiterentwickeln, vereinfacht die Netzwerk-Virtualisierung die Möglichkeiten für die IT-Abteilung, Workloads zuzuweisen, zu skalieren und anzupassen.

Speichervirtualisierung

Bei der Speichervirtualisierung wird der physische Speicher mehrerer Geräte in einem Netzwerk zu einem virtuellen Speichergerät zusammengefasst, das über eine zentrale Konsole verwaltet wird. Zur Virtualisierung von Speicher ist eine Virtualisierungs-Software erforderlich, welche die verfügbare Kapazität der physischen Geräte erkennt und in einer virtuellen Umgebung zusammenfasst. Der Endnutzer bemerkt bei virtuellem Speicher keinen Unterschied zu einer physischen Festplatte. Virtueller Speicher ist ein wichtiger Bestandteil von IT-Strategien wie hyperkonvergenten Infrastrukturen und ermöglicht es IT-Administratoren, Speichervorgänge wie Backups, Archivierung und Wiederherstellung zu rationalisieren.

Datenvirtualisierung

Datenvirtualisierung ermöglicht es einer Anwendung, Daten aufzurufen und zu nutzen, ohne Informationen wie den physischen Speicherort oder das Format der Daten kennen zu müssen. Das heißt, dass Daten aus mehreren Quellen repräsentiert werden können, ohne sie zu verschieben oder zu kopieren. Diese Datenaggregation nutzt Virtualisierungs-Software, um die Daten über ein Dashboard virtuell zu integrieren und zu visualisieren. So können große Datensätze unabhängig von ihrem Speicherort von einem zentralen Zugriffspunkt abgerufen werden. Datenvirtualisierung ist für alle Analyse- oder Business-Intelligence-Anwendungen von großer Bedeutung.

Welche Sicherheitsrisiken birgt Virtualisierung?

Damit Ihre Unternehmensdaten geschützt sind, muss Virtualisierung richtig gemanagt werden. Da es sich bei virtuellen Maschinen um Kopien Ihrer Server handelt, stellt eine größere Anzahl virtueller Maschinen auch eine größere Menge potenzieller Ziele für Angreifer dar, die es auf vertrauliche Daten abgesehen haben. Diese Sicherheitsschwachstelle macht eine zentrale Managementlösung unabdinglich, um Ihre virtuellen Maschinen zu überwachen und vor nicht autorisiertem Zugriff zu schützen. Virtualisierungssicherheit ist ein Grundpfeiler der Infrastruktur virtueller Desktops (VDI).

Virtualisierung am Arbeitsplatz

Workspace-Virtualisierung basiert auf Anwendungsvirtualisierung. Dabei werden mehrere Anwendungen zu einem einheitlichen, digitalen Arbeitsplatz gebündelt. Hierbei wird ein gesamter Arbeitsplatz auf einer virtuellen Maschine simuliert, wodurch der Nutzer Anwendungen genauso wie auf einem physischen Gerät verwenden kann. Bei der Arbeitsplatzvirtualisierung kann ein Nutzer eine Tabelle in ein Textverarbeitungsdokument einfügen. Bei der konventionellen Anwendungsvirtualisierung wäre dies nicht möglich, da jede Anwendung separat virtualisiert wird und somit von den anderen isoliert ist.

An einem virtualisierten Workspace können Nutzer darüber hinaus ihre eigenen Einstellungen und Daten speichern. Somit lässt sich dieser wie bei einem physischen Gerät genau auf jeden Benutzer abstimmen. Benutzer können ihren individuellen Workspace auch auf einem anderen Betriebssystem oder Gerät nutzen, ohne Anwendungen und Daten zu verlieren. Dies gewährt einen flexibleren und geräteunabhängigen Zugriff auf die nötigen Anwendungen und Daten.