クラウドアーキテクチャー

クラウドアーキテクチャーとは

クラウドアーキテクチャーの主要コンポーネント

クラウドアーキテクチャーには、フロントエンドプラットフォーム、バックエンドプラットフォーム、クラウドベースのデリバリ、クラウドストレージの4つの柱があります。これらによって効率的、スケーラブル、かつシームレスなクラウド環境が構築されます。

1. ユーザーインターフェイスプラットフォーム

クラウドサービスのフロントエンドは、デバイスを問わず使いやすく、アクセス可能で応答性に優れています。

重要な要素:

• Webブラウザー: 最も人気のあるアクセスポイントは、Chrome、Edge、Safari、Firefoxです。Gmail、Salesforce、Office 365などのクラウドSaaS製品では、軽量でインストールが不要なことからブラウザーベースのディストリビューションが使用されます。
• モバイルアプリケーション: ユーザーが外出先でも情報にアクセスできるようにします (Google Driveモバイルアプリケーションなど)。モバイル接続、オフラインサポート、デバイス固有の機能が優先されます。
• デスクトップアプリケーションとPWA: 高速またはオフライン機能を必要とするワークロード向けです。たとえば、Microsoft Teamsデスクトップソフトウェアには、オンラインでは利用できない機能が含まれています。プログレッシブWebアプリケーションには、ブラウザーとネイティブアプリケーション両方のメリットが備わっています。
• API (アプリケーションプログラミングインターフェイス) とSDK (ソフトウェア開発キット): デベロッパーがアプリケーションをクラウドサービスにリンクするために使用するツールです。その例としては、Stripe API統合クラウド決済アプリケーションなどが挙げられます。
• アクセスツール: リソースのプロビジョニング、監視、自動化には、ダッシュボード、ポータル、CLIが必要です。
• クライアント: これには、ノートパソコン、IoTデバイス、シンクライアントソフトウェアなどが含まれます。その例としては、IoTクラウドクライアントとしてのスマートサーモスタットなどが挙げられます。

このレイヤーは、場所や時間を問わず一定したクラウドリソースアクセスを提供します。

2. バックエンド (サーバー、ストレージ、データベース)

バックエンドは、フロントエンドを動作させ、コンピューティング、ストレージ、ビジネスロジックを大規模に管理します。

a. コンピューティングリソース

• 仮想マシン (VM): オンデマンドで計算を行います。同じハードウェア上で複数のオペレーティングシステムを実行できます。スタートアップ企業は、1台のVMをすぐに数千台にまで拡張できます。
• コンテナ: 複数のプラットフォームでプログラムを均一に実行する、小型のポータブルなシステム (Kubernetes、Docker) です。DevOpsパイプラインとマイクロサービスに最適です。
• サーバーレスコンピューティング: サーバーを管理することなく機能を実行できます。
• ベアメタルサーバー: ゲーム、機械学習、高頻度取引などのハイパフォーマンスワークロードに使用される専用の物理サーバーです。

b. ストレージシステム

整理されたデータと構造化されていないデータのためのデータベースを備えた、スケーラブルで効率的なストレージです。

c. データベース

• リレーショナル (SQL): 財務、ERP、HRシステムで使用される構造化されたリレーショナルデータベースです。
• NoSQL: スキーマレスで、柔軟なデータモデルが不可欠なソーシャルメディアやIoTなどの大規模アプリケーション向けに構築されています。
• データウェアハウス: 分析、レポート、BI向けに最適化されています (数テラバイトのマーケティングデータを処理するSnowflakeなど)。
• インメモリデータベース: マイクロ秒が重要となるキャッシュやリアルタイム分析に使用されます (e-コマース向けの製品ページをキャッシュするRedisなど)。

d. アプリケーションバックエンドサービス

• マイクロサービス: アプリケーションをより小さな独立したサービスに分割します (一例として、Netflixはレコメンデーション、ストリーミング、課金にマイクロサービスを使用します)。
• ミドルウェア: アプリケーション/サービスを結合します (Kafkaはリアルタイムデータをストリーミングします)。
• ロードバランサー: リソースの障害を防ぐために受信トラフィックを複数のサーバーに分散します。

3. ネットワーク型クラウドデリバリ

すべてのコンポーネントがネットワーキングを介してリンクされており、迅速、安全、かつ信頼性の高いデータ転送が可能です。

基本的なスキルには次のようなものがあります。

• CDN: より迅速な世界規模のマテリアルの配信。
• VPN: ユーザーとクラウド間のセキュアな通信。
• DNSサービス: ドメイン管理。
• セキュリティグループとファイアウォール: リソースレベルのアクセス制御。
• ロードバランサー: パフォーマンスを最適化するワークロード分散。
• APIゲートウェイ: APIトラフィックのスケーリングと管理。
• ネットワーキング用プロトコル: VPC、サブネット、ハイブリッド接続 (ExpressRoute、Direct Connect)。

4. クラウドストレージ

クラウドストレージは、永続的、スケーラブル、かつアクセスしやすいデータでさまざまなワークロードをサポートします。

• 構造化されていないデータ、バックアップ、メディア (オブジェクトストレージ)。
• EBS、Azure Managed Disks: 低レイテンシの高性能ブロックストレージ。
• ファイルストレージ: 従来のファイルシステム構造。

このような柔軟性により、企業はトランザクション、分析、アーカイブアプリケーション用のデータを効率的に保存、保持、取得できます。

Infrastructure as a service (IaaS)、Platform as a service (PaaS)、Software as a service (SaaS) が主要なクラウドサービスデリバリモデルです。

コアインフラストラクチャから管理対象アプリケーションまで、各レイヤーがビジネスと技術面のニーズを満たします。

1. Infrastructure as a service

スケーラブルなITインフラストラクチャは、オンデマンドの仮想化サーバー、ストレージ、ネットワーキングを提供するIaaSから始まります。

• 主な特長
  • オペレーティングシステム、ミドルウェア、アプリケーションはユーザーが管理し、ハードウェア、仮想化、ネットワーキングはプロバイダーが処理します。
  • 柔軟な従量制課金の価格設定により、動的なスケーリングが必要なワークロードに適しています。
•  一般的な用途
  • Webサイトとエンタープライズアプリケーションのホスティング。
  • テストまたは本番環境用の仮想マシンの実行。
  • 大規模データストレージのニーズへの対応。
  • ディザスタリカバリおよびバックアップソリューションのセットアップ。

2. Platform as a service

PaaSを使用すると、インフラストラクチャを管理することなく、アプリケーションを開発、テスト、展開できます。PaaSは開発を迅速化し、運用を簡素化します。

• 主な特長
  • プラットフォームがインフラストラクチャ、ランタイム、スケーリングを管理するため、デベロッパーはコーディングとアプリケーションロジックに注力できます。
  • 統合されたツールとフレームワークが生産性とコラボレーションを向上させます。
• 一般的な用途
  • Webおよびモバイルアプリケーションの開発と展開。
  • アジャイルワークフローテストおよびステージング環境のセットアップ。
  • データベースの展開と管理の合理化。
  • オーケストレーションを伴わないコンテナ化されたアプリケーションマネージメント。

3. Software as a service

SaaSは、ブラウザーまたはAPIを通じてアクセスできる、完全管理型のアプリケーションをインターネット経由で提供します。ユーザーはインフラストラクチャやインストールを管理せず、更新とセキュリティは完全にプロバイダーに存します。

• 主な特長
  • プロバイダーがインフラストラクチャ、セキュリティ、メンテナンス、アップグレードを管理します。
  • どのデバイスからでもアプリケーションにアクセスできるため、分散型チームに最適です。
• 一般的な用途
  • コラボレーションおよび生産性向上ツール。
  • 顧客関係管理 (CRM)。
  • メールおよびメッセージングサービス。

ミドルウェアレイヤーは、ユーザーインターフェイスをサーバー、ストレージ、データベースに接続します。スムーズな通信と安全なデータ転送を実現して相互運用性を確保することにより、さまざまなテクノロジーで開発されたアプリケーションが連携できるようにします。

主な機能

• 統合: ミドルウェアは、REST、SOAP、またはApache Kafkaなどのイベント駆動型プラットフォームを活用してシステムを統合します。これにより、まったく異なるアプリケーションがシームレスに接続されます。
• メッセージング: RabbitMQやActiveMQなどのメッセージブローカーによって信頼性の高い非同期データ転送が提供されます。コンポーネントの分離により、直接的な依存関係のないプログラムのセキュアな通信が可能になります。
• アプリケーションサービス: ミドルウェアにより、モジュール方式の独立したコンポーネントのマイクロサービスとのやり取りや拡張が可能になります。これによって柔軟性とフォールトトレランスが向上します。
• 認証とセキュリティ: アイデンティティ管理、ユーザー認証、暗号化を行い、認可ユーザーと認可サービスのみがクラウドリソースにセキュアにアクセスできるようにします。
• データ変換: ミドルウェアは、複数のアプリケーション、プロトコル、システムがデータを理解して適切に処理できるよう、データの変換とフォーマットを行います。

主要なテクノロジー

• APIゲートウェイ: AWS API GatewayとAzure API Managementは、APIトラフィックを監視し、ポリシーを適用してクライアント要求を一元管理します。
• メッセージブローカー: Apache KafkaとRabbitMQは、イベント駆動型の分散型システムの通信、リアルタイムストリーミング、信頼性の高いメッセージ配信を可能にします。
• サービスバスプラットフォーム: Azure Service BusとAmazon SQSは、管理されているキューとパブリッシュ/サブスクライブメカニズムを使用して非同期メッセージングとワークロード分散を管理します。

クラウド設計は、フロントエンドとバックエンドのやり取りをリンク、保護、最適化するためにミドルウェアに依存します。統合、メッセージング、セキュリティ、データ変換を処理して、アプリケーションの相互運用性、スケーラビリティ、効率を維持し、通信時間を短縮します。

クラウドアーキテクチャーにおける主要なテクノロジーの役割

最新のクラウドアーキテクチャーは、基盤となるテクノロジーのおかげで拡張性、一貫性、効率に優れています。アジリティとパフォーマンスに優れたクラウド環境には、自動化、コンテナ、仮想化が必要です。

1. 仮想化: 仮想マシン (VM) によってスケーラブルなコンピュートを提供します。

• 機能: 仮想化は、ハードウェアをオペレーティングシステム、アプリケーション、リソースを含む複数の仮想コンピューターに抽象化します。クラウドコンピューティングの柔軟性と効率はこれに依存します。
• メリット:
  • スケーラビリティ: 需要に合わせてVMを追加または削除できます。
  • 最適化: ハードウェアを効率的に活用してインフラストラクチャのコストを削減できます。
  • 分離: 干渉からワークロードを保護できます。
  • 柔軟性: 共有インフラストラクチャは、複数のオペレーティングシステムとアプリケーションをサポートします。

2. Dockerコンテナは、一貫性とモビリティを確保するためにアプリケーションと依存関係を軽量のユニットにパッケージ化します。共有ホストOSにより、VMを超える迅速な展開とオーバーヘッドの削減が可能になります。

• メリット:
  • 開発、テスト、本番環境でパフォーマンスの一貫性を確保できます。
  • ポータビリティ: パブリック、プライベート、ハイブリッドクラウド間でワークロードを転送できます。
  • 効率: 従来のVMと比較して短時間で起動でき、設置面積を縮小することが可能です。
  • スケーラビリティ: 分散型システムのマイクロサービスと水平方向のスケーラビリティに最適です。
  • 例: Docker (業界標準のコンテナ化プラットフォーム)。

3. Kubernetesは、複数のクラスターにわたるコンテナ化されたアプリケーションの展開、スケーリング、運用を自動化するために使用されます。

• メリット:
  • 自動展開によってノードコンテナの展開が簡素化されます。
  • 動的スケーリング: 需要に基づいてリソースをリアルタイムで変更できます。
  • ロードバランシング: ワークロードを分散することでパフォーマンスが向上します。
  • 自己修復機能によって障害発生後にアップタイムが元に戻ります。
  • ハイブリッドおよびマルチクラウドのシナリオで一貫したワークロード管理を実現できます。
• 具体的な方法は次のとおりです。
  • 仮想化はコンピュートリソースの抽象化に依存します。
  • コンテナによってポータビリティと環境の一貫性が確保されます。
  • 自動化によって大規模なクラウドの運用が合理化されます。
  • 最新のクラウドプラットフォームは、アジリティ、効率、拡張性の面でこれらのテクノロジーに依存します。

クラウドアーキテクチャーのメリット

組織は、クラウドアーキテクチャーを使用することにより、イノベーションを加速させて拡張性を向上させ、運用を効率化できます。運用、財務、戦略の面でメリットがもたらされます。

• スケーラビリティと柔軟性: クラウド設計により、企業はワークロードの需要に合わせてリソースをすばやく拡張できます。サービスをグローバルに展開することでユーザーアクセスを迅速化し、オーバープロビジョニングを伴うことなく分析やトラフィックの多いアプリケーションをサポートできます。
• 高コスト効率: 従量制課金戦略により、企業は使用した分の料金を支払うだけで済むため、資本支出が削減されます。プロバイダーがインフラストラクチャ、更新、メンテナンスを管理するため、多額の先行投資が予測可能で継続的な予算に変わって運用コストが削減されます。
• 可用性と信頼性: 地域データセンターの冗長性によってアップタイムが保証されます。ロードバランシングと迅速なフェイルオーバーにより、ディザスタリカバリの問題が軽減されます。
• パフォーマンスの向上: コンテンツ配信ネットワーク (CDN) のエッジキャッシュによってパフォーマンスが向上します。柔軟なコンピュートリソースはピーク負荷に適合し、リアルタイム監視ツールによって最適化が可能になります。
• コンプライアンスとセキュリティ: クラウドプロバイダーが、暗号化、ファイアウォール、アイデンティティ管理、侵入検知を実装します。ISO、GDPR、HIPAAへの準拠と自動パッチ適用により、脆弱性に対する迅速なパッチの適用が可能になります。
• イノベーションとアジリティ: クラウドプラットフォームにより、アプリケーション配備の市場投入までの時間が短縮されます。また、企業にAI、ML、分析機能が提供されます。新しいアイデアを個別にテストすることで、チームは安全に実験を行うことができます。
• アクセシビリティとコラボレーション: 時間、場所、デバイスを問わずクラウドリソースにアクセスできます。ワークスペースを共有することにより、遠く離れたチームがリアルタイムで連携できるようになります。場所に依存しない柔軟な作業がサポートされます。
• 環境サステナビリティ: クラウドプロバイダーは、再生可能エネルギーとエネルギー効率に優れたデータセンターを使用します。インフラストラクチャを共有することにより、企業は二酸化炭素排出量を削減してITサステナビリティを向上させます。
• 事業継続性とディザスタリカバリ: 自動バックアップと地理的な冗長性により、データが常に安全で利用可能なものになります。システムによって機能停止が起きたり攻撃を受けたりしたときの障害が軽減され、企業の継続性が確保されます。
• マルチクラウドとハイブリッドのサポート: クラウドアーキテクチャーにより、オンプレミスとクラウドのリソースを組み合わせたハイブリッドアプローチが提供されます。APIと相互運用性テクノロジーにより、組織はマルチクラウド戦略で複数のプロバイダーのサービスを組み合わせ、ベンダーロックインを回避できます。

クラウドアーキテクチャーは、インフラストラクチャを提供し、スケーラビリティ、コスト削減効果、耐障害性、イノベーション、長期的な柔軟性をもたらします。企業はクラウドを活用することにより、セキュリティとアジリティを向上させてテクノロジー投資の保護を強化できます。