Introduction au Cloud Computing

Enjeux

1980-2020

  • Années 1980 : Ordinateur personnel

    • 1980-1984 : fin de l'informatique mécanographique. Logique de la chaîne (stock, compta, facturation, ..) sur gros systèmes (IBM, Bull, ...), langage Cobol.

    • 1985-1990 : micro-informatique, nouveaux marché. Basic, Pascal, fortran, Commodore, Amstrad, Windows, PC XT (8088), PC AT (80286), 386, 486DX, ...

  • Années 1990 : Modèle Client/Serveur
    • 1990-1994 : Mise en réseau des PCs, Windows 3.1, VB, Delphi, Connexion modems analogiques.
    • 1995-1999 : Internet et téléphonie mobile : GSM, TCP/IP, Web, C/C++, ...
  • Années 2000 : Bug de l'an 2000, 11/11/2001, éclatement de la bulle Internet. L'informatique est coûteuse, dysfonctionnelle et pourtant déjà indispensable.
    • 2000-2004 : ADSL, firewalls, antivirus, wi-fi
    • 2005-2009 : Virtualisation : VMware. Consolidation de data center.
  • Années 2010 : Cloud Computing
    • 2010-2014 : concept de cloud computing : informatique comme commodité, réseau sociaux.
    • 2015-2019 : XaaS, devop, big data, open data, GAFA, NATU.

Modèle cloud

  • Besoins en disponibilité 24h/24 --> usines IT
    • Usines logicielles : Facebook, Google, Amazon, Apple, Linkedin, Twitter, ...
    • Usines d'hébergement : Google, Amazon, Numergy, Cloudwatt, Rackspace, Soft Layer, ...
    • Usines Telecom :
    • Usines matérielles : Dell, IBM, Apple, Cisco, Juniper, HP, ...
    • Usine de BD : Oracle, MySQL, PostgeSQL, ...
    • Usines d'OS : Red Hat, Suse, Canonical, Microsoft, ...
  • Avantages client
    • Orchestration automatisée des ressources
    • Paiement à l'usage
    • Accès et disponibilité des ressources
    • Flexibilité
    • Métrologie
    • OPEX/CAPEX
  • Risques
    • Sécurité
    • Indisponibilité
    • Réversibilité
    • Contrats peu lisibles
    • Vol de données
    • Adhérence
    • Dysfonctionnement techniques
    • Confidentialité
    • Perte de gouvernance
  • Normes
    • Vie privée
    • Normes ISO
    • ANSSI
    • Cloud Confidence

Définitions

Le NIST donne sa définition du Cloud Computing.

Le Cloud Computing se définit selon le NIST en 5 caractéristiques essentielles, 3 niveaux de service et 4 modèles de déploiement.

  • 5 Caractéristiques Essentielles :
    1. Un service en libre-service à la demande ;
    2. accessible sur l'ensemble du réseau;
    3. avec une mutualisation des ressources;
    4. rapidement élastique (adaptation rapide à une variation à la hausse ou à la baisse du besoin);
    5. mesurable (mesure et affichage des paramètres de consommation).
  • 3 niveaux de service :
    1. SaaS : software as a Service : commander et utiliser un logiciel en ligne (logiciel de facturation, un CRM, une suite bureautique, ...);
    2. PaaS : Plateform as a Service; un stack LAMP par exemple
    3. IaaS : Infrastructure as a Service; calcul (proc/ram), stockage, réseau
  • 4 modèles hiérarchiques de déploiement :
    1. le nuage privé (pour une même organisation);
    2. le nuage communautaire (pour une communauté);
    3. le nuage public (ouvert au public);
    4. le nuage hybride (plusieurs types de nuages).

Image : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cloud_Computing_-_les_diff%C3%A9rents_mod%C3%A8les_de_service.svg

APIs RESTful : https://fr.wikipedia.org/wiki/Representational_State_Transfer#Avantages_de_REST

Ecosystèmes Cloud

Amazon Web Services

AWS

VMware

  • vSphere
  • vCenter
  • VMware Integrated OpenStack (VIO)
  • vRealize
  • vCloud Air

Microsoft

  • SaaS : Office 365, Microsoft Online Services, Microsoft Dynamics CRM Online, Windows Intune, SharePoint Online, Lync Online.
  • PaaS Azure
  • IaaS privé : System Center, Hyper-V, Windows Server Datacenter

Red hat

  • RHEV
  • RHOS
  • RH Cloudforms

Image : https://www.redhat-cloudstrategy.com/when-and-why-openstack-needs-a-cloud-management-platform/

Image : https://www.redhat-cloudstrategy.com/why-did-red-hat-acquire-ansible/

Autres acteurs

  • HP, IBM, Google
  • OVH, Gandi, Claranet, ...

Projet Openstack

Alternatives : Eucalyptus, OpenQRM, OpenNebula

OpenStack est un ensemble de logiciels open source permettant de déployer des infrastructures de cloud computing (infrastructure en tant que service). La technologie possède une architecture modulaire composée de plusieurs projets corrélés (Nova, Swift, Glance...) qui permettent de contrôler les différentes ressources des machines virtuelles telles que la puissance de calcul, le stockage ou encore le réseau inhérents au centre de données sollicité.

Le projet est porté par la Fondation OpenStack, une organisation non-commerciale qui a pour but de promouvoir le projet OpenStack ainsi que de protéger et d'aider les développeurs et toute la communauté OpenStack.

De nombreuses entreprises ont rejoint la fondation OpenStack. Parmi celles-ci on retrouve : Canonical, Red Hat, SUSE, eNovance, AT&T, Cisco, Dell, HP, IBM, Yahoo!, Oracle, Orange, Cloudwatt, EMC, VMware, Intel, NetApp.

C'est un logiciel libre distribué selon les termes de la licence Apache.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/OpenStack

Historique

En juillet 2010, Rackspace Hosting et la NASA ont lancé conjointement un nouveau projet open source dans le domaine du cloud computing sous le nom d'OpenStack.

L'objectif du projet OpenStack est de permettre à toute organisation de créer et d'offrir des services de cloud computing en utilisant du matériel standard.

La première version livrée par la communauté, dont le surnom est Austin, fut disponible seulement quatre mois après. Il est prévu de livrer régulièrement des mises à jour logicielles à quelques mois d'intervalle.

De nombreux membres rejoignent le projet. En 2014, la communauté OpenStack compte 5600 membres et 850 organisations.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/OpenStack

Versions

Le cycle de dévelopement d'Openstack est de 6 mois avec la parution d'une nouvelle version qui peut être améliorée par des points de révision stables.

Séries Statut
Ocata Future
Newton Future
Mitaka Under Development
Liberty Current stable release, security-supported (EOL: 2016-11-17)
Kilo Security-supported (EOL: 2016-05-02)
Juno EOL: 2015-12-07
Icehouse EOL: 2015-07-02
Havana EOL: 2014-09-30
Grizzly EOL: 2014-03-29
Folsom EOL: 2013-11-19
Essex EOL: 2013-05-06
Diablo EOL: 2013-05-06
Cactus Deprecated
Bexar Deprecated
Austin Deprecated

Source : http://releases.openstack.org/

Documentation

Architecture conceptuelle

Image : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Openstack-conceptual-arch-folsom.jpg

Composants

OpenStack possède une architecture modulaire qui comprend de nombreux composants.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/OpenStack

Composants de base

  • Service de tableau de bord : Horizon
  • Service de calcul (compute) : Nova
  • Service de réseaux : Neutron
  • Service de stockage block : Cinder
  • Service de stockage objet : Swift

Composants partagés

  • Service d'identité : Keystone
  • Service d'images : Glance
  • Service d'orchestration : Heat
  • Service de métrologie : Telemetry
  • Service de base de données : Trove
  • Service de Big Data : Sahara

Composants en développement

  • Service de bare-metal : Ironic
  • Service de partages : Manila
  • Service de Middelware as a Service : Zaqar
  • Service de gestion DNS : Designate
  • Service de gestion de clés : Barbican
  • Service de containers : Magnum
  • Service de catalogue d'applications : Murano
  • Service d'OS sur OS : TripleO

Calcul : Nova

Nova est une des briques principales d'Openstack. Son but est de gérer les ressources de Calcul des infrastructures. Pour cela, nova contrôle les hyperviseurs par l'intermédiaire de la libvirt ou directement par les API de certains hyperviseurs. Aujourd'hui l'hyperviseur le mieux supporté reste KVM, mais nova fonctionne aussi avec Xen, ESX, et Hyper-V voire avec des gestionnaires de conteneur comme Docker.

L'architecture de la brique de Nova est conçue pour évoluer horizontalement en rajoutant du matériel.

Stockage objet : Swift

Le stockage objet d'OpenStack s'appelle Swift. C'est un système de stockage de données redondant et évolutif. Les fichiers sont écrits sur de multiples disques durs répartis sur plusieurs serveurs dans un Datacenter. Il s'assure de la réplication et de l'intégrité des données au sein du cluster. Le Cluster Swift évolue horizontalement en rajoutant simplement de nouveaux serveurs. Si un serveur ou un disque dur tombe en panne, Swift réplique son contenu depuis des noeuds actifs du cluster dans des emplacements nouveaux. Puisque toute la logique de Swift est applicative, elle permet l'utilisation de matériel peu couteux et non spécialisé.

En aout 2009, c'est Rackspace qui a commencé le développement de Swift, en remplacement de leur ancien produit nommé Cloud Files. Aujourd'hui c'est la société SwiftStack qui mène le développement de Swift avec la communauté.

Stockage bloc : Cinder

Le service de stockage en mode bloc d'OpenStack s'appelle Cinder. Il fournit des périphériques persistants de type bloc aux instances OpenStack. Il gère les opérations de création, d'attachement et de détachement de ces périphériques sur les serveurs. En plus du stockage local sur le serveur, Cinder peut utiliser de multiple plateforme de stockage tel que Ceph, EMC (ScaleIO, VMAX et VNX), GlusterFS, Hitachi Data Systems, IBM Storage (Storwize family, SAN Volume Controller, XIV Storage System, et GPFS), NetApp, HP (StoreVirtual et 3PAR) et bien d'autres.

Le stockage en mode bloc est utilisé pour des scénarios performants comme celui du stockage de base de données, mais aussi pour fournir au serveur un accès bas niveau au périphérique de stockage. Cinder gère aussi la création d'instantanés (snapshot), très utile pour sauvegarder des données contenues dans les périphériques de type bloc. Les instantanées peuvent être restaurées ou utilisées pour créer de nouveaux volumes.

Le réseau : Neutron

Le service Neutron d'Openstack permet de gérer et manipuler les réseaux et l'adressage IP au sein d'OpenStack. Avec Neutron, les utilisateurs peuvent créer leurs propres réseaux, contrôler le trafic à travers des groupes de sécurité (security groups) et connecter leurs instances à un ou plusieurs réseaux. Neutron gère aussi l'adressage IP des instances en leur assignant des adresses IP statiques ou par l'intermédiaire du service DHCP. Il fournit aussi un service d'adresse IP flottante que l'on peut assigner aux instances afin d'assurer une connectivité depuis Internet. Ces adresses IP flottantes peuvent être réassignées à d'autres instances en cas de maintenance ou de défaillance de l'instance originelle.

Neutron fournit différents types de déploiement réseau en fonction de l'infrastructure cible. Les types de réseaux les plus déployés sont les réseaux plats (flat network), les réseaux à VLAN, VXLAN ou à tunnel GRE. Neutron gère ses déploiements grâce à des modules complémentaires qui lui permettent de communiquer avec des équipement ou logiciel de gestions réseau. Les plug-ins les plus utilisés sont OpenVswitch, ML2, LinuxBridge, mais aussi Cisco Nexus, Juniper OpenContrail et d'autres.

Dans son architecture, Neutron a été construit en suivant la philosophie des réseaux de nouvelle génération dite SDN. Bien qu'il ne le gère pas lui même, certains plug-ins tirent parti des fonctionnalités SDN des équipements qu'ils contrôlent. Lors de son utilisation avec OpenVswitch par exemple, Neutron utilise une combinaison de règles Iptables et OpenFlow pour gérer le trafic vers les instances.

Tableau de bord : Horizon

OpenStack fournit un tableau de bord qui s'appelle Horizon. Il s'agit d'une application web qui permet aux utilisateurs et aux administrateurs de gérer leurs Clouds à travers d'une interface graphique. Comme toutes les briques d'OpenStack cette application est libre et il n'est donc pas rare de voir des versions modifiées par les fournisseurs de Cloud ou par d'autres sociétés commerciales ne serait-ce que pour y faire apparaître leur nom et logo, mais aussi pour y intégrer leurs systèmes de métrologie ou de facturation par exemple.

Cette application est écrite en python et notamment grâce aux frameworks de développement web : Django et elle tire parti des API REST fournit par les autres composants d'OpenStack comme Nova, Cinder ou Neutron.

Service d'identité : Keystone

Le service d'identité d'OpenStack s'appelle Keystone. Il fournit un annuaire central contenant la liste des services et la liste des utilisateurs d'Openstack ainsi que leurs rôles et autorisations. Au sein d'Openstack tous les services et tous les utilisateurs utilisent Keystone afin de s'authentifier les uns avec les autres. Keystone peut s'interfacer avec d'autre service d'annuaire comme LDAP. Il supporte plusieurs formats d'authentification comme les mots de passe et autres.

Service d'image : Glance

Le service d'image d'OpenStack s'appelle Glance. Il permet la découverte, l'envoi et la distribution d'image disque vers les instances. Les images stockées font office de modèle de disque. Le service glance permet aussi de stocker des sauvegardes de ces disques. Glance peut stocker ces images disques de plusieurs façons : dans un dossier sur serveur, mais aussi à travers le service de stockage objet d'OpenStack ou dans des stockages décentralisés comme Ceph. Glance ne stocke pas seulement des images, mais aussi des informations sur celles-ci, les métadonnées. Ces métadonnées sont par exemple le format du disque (comme QCOW2 ou RAW) ou les conteneurs de celles-ci (OVF par exemple).

Télémétrie : Ceilometer

Le service de télémétrie d'OpenStack s'appelle Ceilometer. Il permet de collecter différentes métriques sur l'utilisation du Cloud. Par exemple il permet de récolter le nombre d'instances lancé dans un projet et depuis combien de temps. Ces métriques peuvent être utilisées pour fournir des informations nécessaires à un système de facturation par exemple. Ces métriques sont aussi utilisées dans les applications ou par d'autres composants d'Openstack pour définir des actions en fonction de certains seuils comme avec le composant d'orchestration.

Orchestration : Heat

Heat est le composant d'orchestration d'Openstack. Il permet de décrire une infrastructure sous forme de modèles. Dans Heat, ces modèles sont appelés des "stack". Heat consomme ensuite ces modèles pour aller déployer l'infrastructure décrite sur Openstack. Il peut aussi utiliser les métriques fournies par ceilometer pour décider de créer des instances supplémentaires en fonction de la charge d'une application par exemple.

Service de base de données : Trove

Trove est le service qui permet d'installer et de gérer facilement des instances de base de données relationnelle et NoSQL au sein d'OpenStack. À ce jour les services de base de données supportés sont les suivants : MySQL, Redis, Mongodb, Cassandra, Couchbase et Percona.

Traitement des données : Sahara

Sahara à pour but de fournir aux utilisateurs les moyens simples de provisionner des cluster de Hadoop en spécifiant plusieurs paramètres comme la version, la topologie du cluster ou d'autres. Après avoir rempli ces paramètres, Sahara déploie le cluster en quelques minutes. Sahara fournit aussi les moyens d'évolution du cluster en rajoutant des noeuds à la demande.

Autres services

  • Ironic : service de Bare Metal provisioning
  • Manila : service de gestion des systèmes de fichier partagés
  • Zaqar : service de middleware à la demande
  • Designate : service de gestion des DNS
  • Barbican : service de gestion des clés et secrets
  • Mirano : https://www.mirantis.com/products/application-catalog-murano/

Il existe aussi des composants qui ne sont pas encore suffisamment stables pour être intégrés.

  • TripleO : OpenStack on OpenStack. Service de déploiement de cloud OpenStack grâce à OpenStack

Architecture logique

Image : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Architecture_conceptuel_OpenStack.png

Architecture matérielle

Architecture réseau

Ecosystème OpenStack

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