Guia Definitivo da Arquitetura de Computação em Nuvem: Flexibilidade, Design e Economia

Comparado a uma configuração clássica baseada em hardware, uma arquitetura de computação em nuvem oferece consideravelmente mais flexibilidade, opções de design e oportunidades de economia de custos. No entanto, esses benefícios têm um preço, pois uma plataforma na nuvem é tipicamente mais complexa de entender e tem mais partes móveis do que uma infraestrutura física on-premises média.

Este artigo é uma introdução à arquitetura de computação em nuvem e aos componentes que operam dentro de um ambiente de nuvem. Continue lendo para aprender como diferentes sistemas trabalham em conjunto para criar uma nuvem funcional e fornecer aos usuários finais recursos de TI sob demanda (servidores, aplicativos, bancos de dados, redes, etc.).

Arquitetura de Computação em Nuvem Explicada

A arquitetura de computação em nuvem refere-se à mistura de sistemas e tecnologias que, quando integrados, criam uma infraestrutura de TI que abstrai, agrupa e compartilha recursos sob demanda através de uma rede. Toda arquitetura de nuvem tem dois componentes principais:

• Front-end (elementos visíveis ao usuário final, como aplicativos web e navegadores, dispositivos móveis, interface do usuário, etc.)
• Back-end (a seção "nuvem" do sistema com armazenamento de dados, servidores dedicados, sistemas operacionais, medidas de segurança, etc.)

Uma arquitetura de computação em nuvem também requer uma rede através da qual o front-end e o back-end se comunicam. Os dois componentes geralmente compartilham dados pela Internet, a menos que um arquiteto prefira usar uma rede privada (a opção padrão em arquiteturas de nuvem privada e híbrida).

Independentemente do tipo de rede, a camada de comunicação entre o front-end e o back-end deve ter:

• Alta largura de banda
• Baixa latência
• Alta disponibilidade
• Segurança de rede de alto nível

Em seu núcleo de design, a arquitetura de computação em nuvem é uma mistura de:

• Arquitetura orientada a eventos (EDA): Um design de software no qual serviços desacoplados produzem, detectam e reagem a eventos do sistema
• Arquitetura orientada a serviços (SOA): Um sistema no qual um conjunto de componentes fornece serviços a outros elementos através de um protocolo de comunicação

Uma empresa tem muitas razões para implantar uma arquitetura de computação em nuvem, apesar desses sistemas serem mais complexos que uma configuração on-premises. Algumas das principais razões são:

• Tempo de lançamento mais rápido (time-to-market)
• Provisionamento mais rápido de recursos
• Escalabilidade em tempo real (para cima e para baixo)
• A capacidade de usar soluções nativas da nuvem (como Kubernetes)
• Conformidade mais confiável devido a melhor visibilidade de dados
• Economia de custos (sem necessidade de hardware on-premises e controle rigoroso sobre uso de recursos)

Front-End da Arquitetura de Computação em Nuvem

O front-end atua como o cliente na arquitetura e pode se comunicar com o back-end através da Internet ou uma rede privada. O componente front-end é visível ao usuário final e permite o acesso à plataforma de nuvem.

Os dois principais elementos do front-end são:

• O aplicativo ou software (tipicamente um navegador web ou um aplicativo nativo) que o cliente usa para acessar e interagir com a plataforma de nuvem. O aplicativo ou navegador tem uma UI dedicada, que alguns arquitetos de nuvem consideram um componente front-end separado
• O dispositivo do lado do cliente através do qual o usuário se conecta e interage com o navegador ou aplicativo (celular, tablet, PC, laptop, etc.)

Elementos do front-end são responsáveis por:

• Permitir que o usuário interaja com a nuvem
• Enviar consultas ao back-end através do middleware
• Solicitar serviços do back-end
• Apresentar todas as informações relacionadas à nuvem (utilização de recursos, preocupações de segurança, alertas de monitoramento, padrões de uso, etc.)

A nuvem lida com mais processamento do que o dispositivo do lado do cliente, que é outro benefício notável da computação em nuvem, especialmente útil para equipes remotas e empresas com política BYOD (Bring Your Own Device).

Back-End da Arquitetura de Computação em Nuvem

Em uma arquitetura de computação em nuvem, o back-end refere-se à própria nuvem. Este componente contém vários sistemas, servidores e unidades de armazenamento que têm várias funções-chave:

• Executar programas e aplicativos relacionados à nuvem
• Dar funcionalidade ao front-end e responder a qualquer consulta que o usuário envie
• Implantar e escalar recursos
• Monitorar todas as operações e atividades
• Manter dados e processos da nuvem seguros
• Conectar todos os serviços e aplicativos
• Executar mecanismos de controle de tráfego
• Governar protocolos de nuvem

O provedor de nuvem é quem gerencia o componente back-end. No entanto, algumas empresas escolhem desenvolver e manter sua própria nuvem, caso em que a equipe interna se torna responsável pelas operações de back-end. Uma empresa também pode dividir as tarefas de back-end entre a equipe interna e a do provedor (uma escolha comum em empresas altamente reguladas que devem cumprir HIPAA ou PCI).

Enquanto o front-end é apenas uma UI com uma conexão, o back-end é o que dá à nuvem seus princípios primários:

• Recursos sob demanda que um usuário pode configurar sem a ajuda de um provedor de serviços
• A capacidade de um cliente se conectar independentemente da localização
• Agrupamento de recursos que permite ao provedor agrupar recursos e atender múltiplos usuários em um ambiente multi-tenant dinâmico
• Elasticidade rápida para respostas rápidas à demanda do consumidor
• Serviço medido que permite ao usuário final monitorar o uso da nuvem em detalhes

O back-end tem mais componentes e é significativamente maior que seu equivalente front-end. Abaixo, uma análise mais detalhada de cada componente de back-end que pode existir em uma arquitetura de computação em nuvem.

Camada de Aplicação

Quando um usuário final interage com o front-end, a camada de aplicativo do back-end recebe a consulta e lida com as solicitações do cliente. Esta camada tem várias funções vitais:

• Fornecer aos usuários acesso a serviços na nuvem
• Conectar o back-end e o front-end
• Responder a consultas do front-end
• Coordenar as necessidades do consumidor com recursos no back-end

Camada de Serviço

A camada de serviço adiciona utilidade ao back-end da arquitetura de computação em nuvem. Este componente lida com todas as tarefas e solicitações via serviços para armazenamento de dados, ambientes de desenvolvimento de aplicativos, serviços web, etc.

Os serviços podem realizar uma variedade de tarefas e funções em um runtime de nuvem. O tipo de serviços que um cliente pode usar depende do modelo de entrega. Existem três principais métodos de entrega baseados na nuvem:

• Infrastructure as a Service (IaaS): O IaaS fornece acesso e controle sobre os recursos da arquitetura de computação em nuvem (armazenamento de dados, servidores, infraestrutura de rede, VMs, etc.)
• Software as a Service (SaaS): O SaaS permite que um cliente hospede software de aplicativo na nuvem. Em um modelo SaaS, o provedor lida com todas as atualizações e desenvolvimento, e o fornecedor mantém a infraestrutura subjacente
• Platform as a Service (PaaS): O modelo PaaS fornece aos usuários uma plataforma sob demanda para desenvolvimento de software. Os provedores hospedam a pilha completa de tecnologia e conjunto de ferramentas, mas o usuário lida com desenvolvimento de software, gerenciamento de aplicativos e atualizações

Modelos de entrega não são modelos de implantação de nuvem (como híbrida, comunitária ou multi-cloud). Enquanto o modelo de entrega determina o tipo de serviços aos quais os usuários têm acesso, o modelo de implantação define o tipo de nuvem em questão.

Middleware

Middleware refere-se a componentes de software que permitem que dispositivos e aplicativos em rede se comuniquem. Este componente é responsável por conexões entre:

• Aplicativos
• Serviços
• Nuvens de runtime
• Unidades de armazenamento
• Dispositivos de infraestrutura
• Soluções de segurança
• O front-end

Como em um data center tradicional, o middleware depende de bancos de dados e aplicativos de comunicação para estabelecer coordenação entre diferentes sistemas.

Armazenamento na Nuvem

O armazenamento é a seção do back-end que mantém todos os dados da nuvem. O tipo e a capacidade de armazenamento na nuvem variam com base no provedor de nuvem e nos requisitos do cliente. Este serviço de computação em nuvem permite que o usuário armazene dados na nuvem em vez de armazenamento de dados on-site, o que é uma opção mais segura e conveniente.

Infraestrutura de Nuvem

Embora o usuário final nunca veja ou interaja com a infraestrutura de nuvem, as nuvens também exigem hardware. A infraestrutura de nuvem inclui todos os recursos de uma sala de servidores padrão em um data center, incluindo:

• Servidores
• Unidades Centrais de Processamento (CPUs)
• Unidades de Processamento Gráfico (GPUs)
• Placas-mãe
• Unidades de armazenamento (discos rígidos e SSDs)
• Equipamentos de rede com roteadores e switches
• Placas de rede e aceleradoras
• Infraestrutura de refrigeração e energia

A camada de infraestrutura também inclui o software necessário para executar e gerenciar todo o hardware.

Hipervisor

Um hipervisor é um software que cria e executa máquinas virtuais. Um hipervisor aloca recursos de um único dispositivo (CPU, memória, armazenamento, etc.) e permite que várias máquinas virtuais com sistemas operacionais separados rodem no mesmo dispositivo.

A virtualização fornecida por um hipervisor aumenta a eficiência de servidores, armazenamento e rede em uma nuvem multi-tenant. No entanto, este componente pode impactar o desempenho geral se o dispositivo host tiver muitas VMs.

Software de Gerenciamento

O software de gerenciamento de uma arquitetura de computação em nuvem garante que todas as operações e programas rodem de forma suave e eficiente. Algumas das tarefas que esses sistemas realizam são:

• Auditoria de segurança e conformidade
• Monitoramento de desempenho e capacidade
• Rastreamento de uso
• Implantação de novos aplicativos
• Integração de dados
• Gerenciamento de recuperação de desastres

O software de gerenciamento também inclui programas e ferramentas para automação. A automação é um valor central da nuvem e um dos principais pontos de venda da tecnologia. Em uma arquitetura de computação em nuvem, as ferramentas de automação têm três tarefas vitais:

• Escalar para cima ou para baixo para atender necessidades de uso ou tráfego
• Garantir governança em todo o ambiente de nuvem
• Reagir a eventos seguindo instruções de um limite pré-definido ou política de nuvem

Camada de Segurança

A camada de segurança é um aspecto vital da arquitetura de nuvem. Como a maioria das nuvens de nível de provedor são ambientes multi-tenant de alto risco, os fornecedores normalmente dependem de várias técnicas para garantir a segurança da computação em nuvem, tais como:

• Backups de dados imutáveis e regulares
• Criptografia de dados (em repouso, em movimento e em uso)
• Ferramentas de depuração de alto nível
• Firewalls virtuais (tanto para toda a configuração quanto entre tenants)
• Princípios de segurança Zero Trust
• Autenticação multifator e senhas fortes
• Sistemas de detecção de intrusão (IDSes)
• Software anti-malware e antivírus
• Prevenção de ransomware

Melhores Práticas da Arquitetura de Computação em Nuvem

Não existe uma única maneira de construir uma arquitetura de computação em nuvem eficiente, mas algumas diretrizes se aplicam a todo design. Aqui estão as melhores práticas que você deve considerar ao projetar uma nova arquitetura ou adaptar uma existente:

• Adote uma abordagem security-first: Ao criar uma arquitetura, sua equipe de segurança ou SecOps deve incorporar proteção no design desde o início. Quanto mais robusto o sistema de segurança no início, menos riscos você terá com vazamentos e violações de dados à medida que expande o ambiente
• Planeje para picos de uso: Tente prever e entender como a configuração se comportará durante cargas de trabalho regulares e de pico. Garanta que a arquitetura tenha bom desempenho em qualquer cenário e prepare mecanismos ideais para escalabilidade
• Não arrisque com cibersegurança: Além de planejar a segurança desde o início, você também deve proteger sua arquitetura com todas as medidas de cibersegurança disponíveis. Encontre um provedor que ofereça criptografia de dados, gerenciamento regular de patches, proteção de endpoint, recuperação de desastres na nuvem e políticas robustas
• Configure monitoramento contínuo: Monitorar continuamente o ambiente com uma ferramenta como Nagios para problemas de desempenho e uso cria padrões insightful que ajudam a otimizar a configuração
• Otimize e reduza custos: Aproveite processos automatizados e rastreamento de utilização para eliminar despesas desnecessárias e garantir que você não está gastando demais em recursos

Pronto para se Afastar do Hardware On-Premises?

O conceito de arquitetura de computação em nuvem permanece vago para muitos gerentes e equipes. Fornecer este artigo a membros da equipe não técnicos ajudará a desmistificar a nuvem e levará seu negócio um passo mais perto da migração para a nuvem.