Virtualización de la nube: papel de la virtualización en la computación en la nube

Antes de que una organización migre a la nube, es importante comprender cómo funciona la arquitectura de la nube subyacente. En el centro de esta arquitectura se encuentra la virtualización, una tecnología que impulsa la economía de la computación en la nube y permite a los usuarios ajustar dinámicamente los recursos a sus cargas de trabajo en la nube.

Este artículo es una introducción a la virtualización de la nube y el papel que desempeña esta tecnología en entornos basados en la nube. Participe para aprender cómo funciona la virtualización y ver por qué los recursos de TI virtualizados son vitales para el uso eficiente del hardware dentro de la infraestructura de la nube.

¿Qué es la virtualización en la computación en la nube?

La virtualización en la nube se refiere al uso de la virtualización dentro de un entorno basado en la nube. Los proveedores de la nube utilizan esta tecnología para crear instancias virtuales de recursos informáticos y entregarlas a los usuarios finales a través de Internet.

La virtualización divide los componentes de hardware (procesadores, memoria, almacenamiento) de un único servidor en varias máquinas virtuales (VM). Cada VM ejecuta un sistema operativo independiente y actúa como una computadora independiente a pesar de ejecutarse solo en una parte del hardware subyacente.

A continuación se ofrece una descripción general de cómo funciona la virtualización de la nube en la práctica:

• El proveedor instala servidores físicos y equipos de red en un centro de datos. Estos recursos forman la columna vertebral de la infraestructura de la nube.
• Cada servidor físico ejecuta un hipervisor que asigna recursos físicos a varias máquinas virtuales que se ejecutan en el servidor.
• Si bien se ejecutan en el mismo servidor, las máquinas virtuales funcionan como entornos informáticos aislados. Cada VM tiene su propia CPU virtual, memoria, almacenamiento e interfaces de red y no se ve afectada por cambios o problemas en otras VM.
• Los usuarios de la nube interactúan con recursos virtualizados a través de una interfaz basada en web, API o herramienta de línea de comandos. El autoservicio permite a los usuarios aprovisionar, configurar y administrar máquinas virtuales según sus necesidades.
• El hipervisor asigna dinámicamente la CPU, la memoria, el almacenamiento y el ancho de banda de la red del servidor físico a las máquinas virtuales en función de las demandas de carga de trabajo actuales.

Desde la perspectiva del proveedor, la virtualización en la nube optimiza el uso del hardware y reduce los costos en comparación con la implementación de servidores bare metal individuales para cada aplicación o carga de trabajo. Desde el punto de vista del usuario final, la virtualización de la nube permite escalar fácilmente los recursos y mejora la agilidad de TI. La tecnología también permite a los usuarios pagar sólo por los recursos que consumen activamente en lugar de alquilar servidores completos.

Características de la virtualización

La virtualización es una tecnología fundamental en la informática moderna, ya que ofrece una gama de características cruciales que mejoran la flexibilidad y la eficiencia de la TI. Estas son las características más notables de la virtualización:

• Abstracción de hardware. La virtualización abstrae los recursos de hardware físico en instancias virtuales. La abstracción permite a los administradores y usuarios finales gestionar los recursos independientemente del hardware subyacente.
• Aislamiento de instancias. La virtualización aísla todas las instancias virtuales presentes en el servidor. Cada entorno opera de forma independiente y segura sin interferencias de otras instancias.
• Encapsulación de estado. La virtualización encapsula todo el estado de una instancia virtual en archivos o imágenes. Esta característica hace que las instancias sean fáciles de replicar.
• Agrupación de recursos. La virtualización permite agrupar recursos físicos de múltiples dispositivos de hardware en un grupo de recursos compartido. De esa manera, las instancias pueden satisfacer demandas que exceden las capacidades de un solo dispositivo.
• Aprovisionamiento dinámico. La virtualización permite el aprovisionamiento dinámico y el escalado de instancias. Asigna o desasigna recursos en tiempo real según los requisitos actuales sin tener que administrar hardware.
• Independencia del hardware. La abstracción del hardware subyacente permite que las máquinas virtuales se ejecuten en diferentes tipos de infraestructura física sin necesidad de modificaciones. La independencia del hardware simplifica la migración de máquinas virtuales entre diferentes proveedores o entornos de TI.
• Escalabilidad de recursos. La virtualización permite a los usuarios escalar instancias fácilmente. Los usuarios pueden escalar tanto verticalmente (es decir, agregando más recursos a las instancias existentes) como horizontalmente (es decir, implementando más instancias).

Tipos de virtualización

Resumir servidores en múltiples máquinas virtuales es solo una de varias estrategias de virtualización que utilizan las empresas para optimizar las operaciones. A continuación se presentan otros cinco tipos comunes de virtualización que aumentan la eficiencia y rentabilidad de TI.

Virtualización del almacenamiento

La virtualización del almacenamiento abstrae los recursos de almacenamiento físico (discos duros, SSD, matrices de almacenamiento, etc.) del hardware subyacente, lo que permite a los administradores administrarlos como un único grupo de almacenamiento. Los pools de almacenamiento virtualizados funcionan como un recurso de almacenamiento cohesivo, lo que permite:

• Uso más eficiente de la capacidad de almacenamiento.
• Gestión de almacenamiento simplificada.
• Procedimientos optimizados de archivado, copia de seguridad y recuperación.
• Migraciones de datos más simples.

La virtualización del almacenamiento le permite integrar dispositivos de diferentes proveedores y ubicaciones dispares en una infraestructura de almacenamiento unificada. Esta integración maximiza las inversiones existentes y ayuda a evitar la dependencia de proveedores.

La virtualización del almacenamiento también suele incluir capacidades de aprovisionamiento ligero, que permiten a los administradores asignar capacidad de almacenamiento según demanda en lugar de preasignar espacio de almacenamiento físico. El aprovisionamiento ligero ayuda a optimizar la utilización del almacenamiento y reducir el desperdicio.

Virtualización de red

La virtualización de redes abstrae los recursos de la red para permitir la creación de múltiples redes virtuales sobre una infraestructura física compartida. Los administradores controlan los recursos abstraídos sin tener que administrar el hardware subyacente, lo que simplifica drásticamente la administración de la red.

Cada red virtual opera como una entidad lógicamente separada con políticas de red, espacio de direcciones y configuraciones individuales. El tráfico de una red virtual no puede acceder directamente ni interferir con el tráfico de otra red virtual.

Hay dos tipos de virtualización de red:

• Red definida por software (SDN). SDN virtualiza el plano de control (que determina cómo se reenvía el tráfico) y lo desacopla del plano de datos (que realmente reenvía el tráfico). Los planos de control definidos por software instruyen al hardware sobre cómo dirigir el tráfico, lo que facilita la gestión de las redes.
• Virtualización de funciones de red (NFV). NFV virtualiza dispositivos de red (enrutadores, cortafuegos, equilibradores de carga, etc.) y los convierte en instancias basadas en software. NFV hace que los dispositivos de red sean más fáciles de configurar, aprovisionar y administrar.

La virtualización de redes es vital para la conectividad híbrida y de múltiples nubes. La tecnología permite conexiones perfectas y movilidad de cargas de trabajo entre recursos locales y basados en la nube, los cuales son cruciales para las arquitecturas de nube híbrida y múltiple.

Virtualización de datos

La virtualización de datos abstrae e integra datos de diferentes bases de datos, almacenes de datos y servicios. Como resultado, se abstrae la ubicación física, el formato y la estructura de los datos de las fuentes de datos subyacentes, presentándolos en una vista lógica y unificada a los usuarios y las aplicaciones.

La virtualización de datos elimina las complejidades del almacenamiento y la recuperación de datos, facilitando el acceso y la utilización de los datos. Este tipo de virtualización también simplifica la integración de datos de fuentes dispares, que incluyen:

• Diferentes tipos de bases de datos.
• Archivos planos.
• Servicios web.
• Plataformas de almacenamiento en la nube.

La virtualización de datos también suele incluir agregación, transformación y enriquecimiento de datos sobre la marcha. Estas funciones permiten a los usuarios combinar y manipular datos de diferentes fuentes para satisfacer necesidades comerciales específicas.

Virtualización de aplicaciones

La virtualización de aplicaciones abstrae las aplicaciones de software del sistema operativo subyacente y las encapsula en paquetes autónomos que se ejecutan de forma aislada del entorno host. Los paquetes virtualizados contienen todo lo que la aplicación necesita para ejecutarse, incluidos todos los archivos, bibliotecas y dependencias necesarios.

Cada aplicación virtualizada opera dentro de un entorno limitado para evitar conflictos con otras aplicaciones y configuraciones del sistema. Como resultado, la virtualización de aplicaciones ayuda a resolver problemas de compatibilidad. Por ejemplo, puedes utilizar este tipo de virtualización para ejecutar una aplicación de Windows en Linux o viceversa.

Hay tres tipos de virtualización de aplicaciones:

• Virtualización de aplicaciones locales. En este enfoque, toda la aplicación se ejecuta en un entorno de ejecución en el dispositivo terminal. Los usuarios instalan y ejecutan la aplicación localmente, pero la aplicación opera dentro de un entorno virtualizado aislado del sistema operativo y otros programas.
• Transmisión de aplicaciones. En este método, la aplicación reside en un servidor que transmite pequeños componentes de software o datos necesarios al dispositivo terminal. Como resultado, la aplicación se ejecuta en el terminal sin requerir una instalación completa, lo que reduce los requisitos de recursos en el dispositivo.
• Virtualización de aplicaciones basada en servidor (o publicación de aplicaciones). En este enfoque, la aplicación se ejecuta completamente en un servidor o infraestructura remota. El servidor solo transmite los elementos de la interfaz de usuario de la aplicación al dispositivo cliente a través de un navegador web o una interfaz de cliente.

Las aplicaciones virtualizadas consumen menos recursos del sistema en comparación con las instalaciones tradicionales. Estas aplicaciones no requieren que los usuarios modifiquen los archivos del sistema o la configuración del registro en dispositivos incompatibles, lo que mejora el rendimiento en los sistemas host.

Virtualización de escritorio

La virtualización de escritorios, también conocida como infraestructura de escritorio virtual (VDI), implica alojar escritorios virtuales en un servidor centralizado y entregarlos a los dispositivos de los usuarios finales a través de una red local o Internet.

En lugar de ejecutar aplicaciones y sistemas operativos de escritorio localmente en sus dispositivos, los usuarios acceden a escritorios virtuales de forma remota a través de PC, portátiles, tabletas o teléfonos inteligentes. Esta accesibilidad mejora la movilidad y permite el trabajo remoto, ya que los usuarios pueden acceder de forma segura a escritorios virtuales desde casa, mientras están de viaje o en sucursales.

Un escritorio virtualizado puede ser persistente o no persistente:

• Los escritorios persistentes conservan configuraciones, archivos y aplicaciones en todas las sesiones.
• Los escritorios no persistentes descartan todos los cambios realizados durante la sesión después del cierre de sesión, lo que proporciona un borrón y cuenta nueva para el siguiente usuario.

La virtualización de escritorios centraliza las tareas de gestión, como el aprovisionamiento, la aplicación de parches, la actualización y las copias de seguridad. Los administradores administran escritorios virtuales desde una consola central, lo que facilita mantener la coherencia y la seguridad en todos los entornos.

Usos prácticos de la virtualización

A continuación se muestran algunos usos prácticos de la virtualización en varios dominios:

• Computación en la nube. La virtualización es la base de la computación en la nube y es necesaria para todos los modelos de implementación de la nube. La tecnología permite la asignación dinámica de recursos informáticos necesarios para la escalabilidad bajo demanda.
• Consolidación de hardware. La virtualización permite a las organizaciones consolidar varios servidores físicos en menos máquinas virtuales. Como resultado, las empresas reducen los costos de hardware, el consumo de energía y la huella de su centro de datos o sala de servidores.
• Funciones de red. La virtualización de funciones y servicios de red permite una implementación y gestión más eficiente y rentable de los servicios de red.
• Análisis de datos. La virtualización permite a las organizaciones crear lagos de datos virtuales y entornos de análisis para procesar y analizar big data.
• Recuperación ante desastres. La virtualización permite una recuperación ante desastres rentable al replicar y realizar copias de seguridad de cargas de trabajo virtualizadas en centros de datos remotos o entornos de nube.
• Equipos remotos primero. La VDI interna y DaaS subcontratada permiten a las organizaciones ofrecer entornos de escritorio a los empleados a través de Internet. Los escritorios virtualizados mejoran la seguridad y la capacidad de administración y encajan perfectamente con el trabajo remoto y las políticas BYOD.
• Compatibilidad con aplicaciones heredadas. La virtualización le permite encapsular aplicaciones heredadas y ejecutarlas en hardware y sistemas operativos modernos. De esa manera, extiende la vida útil de las aplicaciones heredadas y reduce los problemas de compatibilidad.
• Computadoras con múltiples sistemas operativos. Algunos usuarios deciden ejecutar un hipervisor en una computadora local para permitirle ejecutar varios sistemas operativos. Puede cambiar de un sistema operativo a otro sin cambiar nada en el sistema operativo principal.
• Redes de entrega de contenido (CDN). Las CDN a menudo dependen de la virtualización para mejorar el rendimiento de las aplicaciones web y los medios transmitidos. Los servidores de caché virtualizados y los nodos perimetrales distribuyen el contenido más cerca de los usuarios finales, lo que reduce la latencia y mejora la experiencia del usuario.
• DevOps. La virtualización desempeña un papel clave en DevOps, ya que la tecnología permite entornos flexibles de desarrollo y prueba bajo demanda.

Ventajas y desventajas de la virtualización

Como todas las tecnologías, la virtualización tiene ventajas y desventajas que debe conocer antes de comenzar a virtualizar partes de su infraestructura de TI. Echemos un vistazo más de cerca a las principales ventajas y desventajas de la virtualización.

Ventajas

La virtualización ofrece muchos beneficios que impulsan la eficiencia y agilidad de TI. Al desacoplar los recursos informáticos del hardware, la virtualización transforma los entornos de TI en ecosistemas dinámicos, flexibles y rentables.

Estos son los principales beneficios de utilizar la virtualización:

• Utilización de recursos mejorada. Un servidor dedicado promedio utiliza solo el 15 % de sus recursos durante el funcionamiento normal. La virtualización le permite ejecutar varias máquinas virtuales en un solo servidor y maximizar el uso de la capacidad de cada servidor.
• Gestión centralizada. La virtualización centraliza tareas de gestión como el aprovisionamiento, la supervisión y el mantenimiento. Los administradores administran las máquinas virtuales a través de una interfaz unificada o un plano de control definido por software, lo que agiliza la administración y reduce la complejidad operativa.
• Ahorro de costos. La virtualización reduce significativamente los costos de hardware al consolidar múltiples máquinas virtuales en menos servidores físicos. Los usuarios pueden reducir la adquisición de hardware y reducir los gastos de mantenimiento.
• Alta escalabilidad. La virtualización permite escalar rápidamente la infraestructura de TI para adaptarse a las demandas cambiantes de las cargas de trabajo. Esta agilidad respalda el crecimiento empresarial y las fluctuaciones en los requisitos de recursos.
• Aprovisionamiento más rápido. Comprar, instalar y configurar hardware físico lleva mucho tiempo. Por otro lado, el aprovisionamiento de máquinas virtuales es rápido y sencillo, y además se puede realizar de forma automática.
• Portabilidad de cargas de trabajo. Los entornos virtualizados son independientes de la plataforma. Las máquinas virtuales se ejecutan sin problemas en diferentes plataformas de hardware y migran entre entornos locales y de nube.
• Seguridad mejorada. La virtualización mejora la seguridad al aislar las máquinas virtuales entre sí y del hardware subyacente. Como resultado, quienes lo adoptan reducen el riesgo de infecciones de malware, filtraciones de datos y acceso no autorizado.
• Reducción del tiempo de inactividad. Las máquinas virtuales se mueven entre hosts físicos con un tiempo de inactividad mínimo, lo que facilita garantizar la disponibilidad de los servicios críticos. Puede ejecutar varias máquinas virtuales redundantes una al lado de otra y configurar la conmutación por error entre ellas para garantizar cero tiempo de inactividad durante incidentes disruptivos.

Desventajas

Si bien la virtualización ofrece numerosos beneficios, la tecnología presenta algunos inconvenientes que debes considerar antes de adoptarla.

Estas son las principales desventajas de la virtualización:

• Sobrecarga de rendimiento. La capa adicional de abstracción entre las máquinas virtuales y el hardware físico introduce una ligera sobrecarga de rendimiento. Esta sobrecarga puede afectar el rendimiento si ejecuta cargas de trabajo que consumen muchos recursos.
• Contención de recursos. Los sistemas virtualizados pueden sufrir cuellos de botella cuando las máquinas virtuales compiten por recursos compartidos. Una máquina virtual que monopoliza los recursos y afecta el rendimiento de otras máquinas virtuales es un problema común si el usuario no configura adecuadamente la asignación de recursos.
• Nuevos vectores de ataque. Si bien es beneficiosa para la seguridad general, la virtualización introduce algunos nuevos vectores de ataque. Los adoptantes deben tener en cuenta las vulnerabilidades de escape de las máquinas virtuales, las vulnerabilidades del hipervisor y los ataques de invitado a invitado.
• Fijación de proveedores. Las organizaciones pueden volverse demasiado dependientes de tecnologías y proveedores de virtualización específicos. Esta dependencia de un proveedor hace que el cambio entre plataformas o la migración de máquinas virtuales a soluciones alternativas sea complejo y costoso.
• Sobrecarga de almacenamiento. Las máquinas virtuales requieren espacio en disco para almacenar discos virtuales (VMDK, VHD, etc.) e instantáneas, lo que introduce cierta sobrecarga de almacenamiento. La gestión de los recursos de almacenamiento virtual requiere una planificación cuidadosa para evitar la dispersión y las ineficiencias.
• TI en la sombra. Los empleados pueden implementar máquinas virtuales sin la autorización o supervisión adecuada del equipo de seguridad. Estas instancias de TI en la sombra consumen recursos y, a menudo, introducen nuevos riesgos.

Una tecnología clave tanto local como en la nube

Para los proveedores de nube, la virtualización es una tecnología fundamental sin la cual el modelo de computación en la nube no es viable. Para las empresas interesadas en la virtualización interna, la abstracción de hardware maximiza las inversiones en hardware y simplifica la gestión diaria. Ahora que sabe cómo funciona la virtualización, tiene toda la información que necesita para evaluar si su empresa se beneficiaría de los recursos de TI virtualizados.