Was ist Middleware und wie funktioniert sie?

Der Begriff Middleware bezeichnet eine Software, die als Bindeglied und universeller Dolmetscher zwischen verschiedene Anwendungen, Datenbanken und Betriebssystemen fungiert und diese verknüpft, sodass heterogene (unterschiedliche) Technologien in einem Netzwerk miteinander kommunizieren können. Das verringert die Komplexität der IT-Landschaft, verbessert die Effizienz und Skalierbarkeit von Systemen und bietet eine zentrale Oberfläche zur Datenverwaltung.

Wofür wird Middleware benötigt?

Wie Unternehmen Middleware verwenden, hängt von den eingesetzten Technologien der IT-Landschaft und der Größe des Unternehmens ab. Im Kern werden derartige Lösungen meist für die nachfolgend aufgelisteten Einsatzbereiche verwendet.

1. Datenintegration: Mithilfe von Middleware lassen sich interne wie externe IT-Systeme und Anwendungen miteinander verbinden, was auch für die Application Integration bzw. EAI von zentraler Bedeutung ist. Auch Altsysteme (Legacy-Systeme), die für moderne Anforderungen nicht optimal ausgelegt sind, können damit über eine Schnittstelle verknüpft und in der bestehenden IT-Infrastruktur effizient genutzt werden.
2. Vereinfachung der Kommunikation: Der elektronische Datenaustausch (EDI) zwischen Anwendungen wird erleichtert, die auf unterschiedlichen Programmiersprachen basieren oder auf verschiedenen Plattformen ausgeführt werden. Dies ist besonders wichtig in heterogenen IT-Umgebungen, in denen unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und -formate zum Einsatz kommen.
3. API Management: Middleware beinhaltet die nötigen Funktionen und Tools, um Programmierschnittstellen (Application Programming Interfaces, APIs) bereitzustellen und übergreifend zu verwalten. Mithilfe von APIs können unterschiedliche Anwendungen und Dienste miteinander verknüpft werden, was diesen ermöglicht miteinander zu kommunizieren und deren Funktionen anwendungsübergreifend nutzbar macht.
4. Unterstützung von Microservices: In einer Microservice-Architektur, bei der Anwendungen als Sammlung kleiner, unabhängiger Dienste (sog. Microservices) aufgebaut sind, fungiert Middleware als verbindendes Element und ermöglicht die Kommunikation und den Datenaustausch zwischen diesen Diensten.
5. Application Development: Entwickler müssen sich bei der Anwendungsentwicklung nicht mehr mit den Details der Netzwerkkommunikation oder den Eigenheiten verschiedener Betriebssysteme und Datenbanken auseinandersetzen, da Middleware standardisierte Dienste zur Verfügung stellt, die diese Aufgaben übernehmen. Auch die Entwicklung von Cloud-nativen Anwendungen kann durch entsprechenden Lösungen unterstützt werden.
6. Verarbeitung von Transaktionen: Middleware unterstützt die sichere und zuverlässige Verarbeitung von Software-Transaktionen. Dies ist besonders in Branchen wie dem Bankwesen oder E-Commerce von Bedeutung, wo die Integrität von Transaktionsdaten von besonderer Wichtigkeit ist und strengeren Anforderungen unterliegt.
7. Verwaltung von Datenbankoperationen: Der Zugriff und die Verwaltung von Daten in verschiedenen Datenbanken wird durch die Bereitstellung einheitlicher APIs erleichtert. So können Anwendungen auf Daten zugreifen, ohne die Spezifikationen jeder einzelnen Datenbank kennen zu müssen.
8. Lastenverteilung und Skalierung: Mit dem Ziel, Anwendungen und Services so effizient und skalierbar wie möglich zu gestalten, kann die Rechenlast auf verschiedene Server verteilt werden.
9. Sicherheit und Authentifizierung: Enthaltene Sicherheitsfunktionen zur Authentifizierung und Autorisierung von Benutzern schützen vor Cyberangriffen und unerlaubten Zugriffen auf Anwendungen und sensible Daten.
10. Prozess-Orchestrierung: Middleware ermöglicht die umfassende Orchestrierung von Prozessen, da sie alle Anwendungen und Prozesse verknüpft und zentral steuerbar macht, was das Automatisieren von Geschäftsprozessen vereinfacht.

Middleware Layers – so funktioniert Middleware

Mithilfe von Middleware-Software können Anwendungen miteinander kommunizieren und interagieren, was über sog. Layers (dt. „Schichten“) funktioniert. Diese Layers dienen als eine Art Vermittler, die Datenanfragen und -antworten zwischen unterschiedlichen Softwarekomponenten koordinieren. Die Schichtenstruktur ermöglicht, dass verschiedene Technologien und Protokolle miteinander kommunizieren können, ohne dass jede Anwendung die Details der anderen kennen muss oder anders ausgedrückt: Sie können kommunizieren, ohne dieselbe Sprache sprechen zu müssen.

Die nachfolgende Übersicht der verschiedenen Middleware-Layers dient zur groben Orientierung und kann je nach den eingesetzten Technologien variieren.

1. Präsentationsschicht (Presentation Layer): Diese oberste Ebene ist für die Darstellung der Informationen und die Interaktion mit dem Benutzer zuständig. Sie übersetzt Aufgaben und Ergebnisse in etwas, das für den Benutzer verständlich ist.
2. Anwendungsschicht (Application Layer): In dieser Schicht laufen die eigentlichen Anwendungen, die für spezifische Geschäftslogiken und -funktionen verantwortlich sind.
3. Geschäftslogikschicht (Business Logic Layer): Hier werden die Kernfunktionen der Anwendung verarbeitet. Diese Schicht ist eine Komponente der Middleware, die den den Anwendungsablauf und die Geschäftsregeln steuert.
4. Datenzugriffsschicht (Data Access Layer): Diese Schicht ermöglicht den Zugriff auf Datenquellen wie Datenbanken oder Dateisysteme und ist verantwortlich für deren Lesen, Schreiben und Verwalten.
5. Diensteschicht (Service Layer): Bietet Dienste wie API-Management, Nachrichtenübermittlung, Authentifizierung und Autorisierung.
6. Integrations- und Middleware-Schicht (Integration/Middleware Layer): Hier werden verschiedene Anwendungen und Systeme integriert. Diese Schicht ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Technologien und Plattformen.
7. Transportschicht (Transport Layer): Zuständig für den Transport von Daten zwischen verschiedenen Netzwerken und Systemanwendungen, meistens basierend auf standardisierten Kommunikationsprotokollen.
8. Netzwerkschicht (Network Layer): Diese Schicht kümmert sich um die Netzwerkverbindungen und -kommunikation. Sie stellt sicher, dass die Daten von einem Punkt zum anderen im Netzwerk gelangen.
9. Datenspeicherungsschicht (Data Storage Layer): Hier werden die Daten gespeichert und verwaltet, sei es in relationalen Datenbanken, NoSQL-Datenbanken oder in Dateisystemen.
10. Betriebssystemschicht (Operating System Layer): Diese Schicht gehört nicht zur Middleware selbst, sondern bildet eine Software-Infastruktur, auf dem die Middleware und andere Anwendungen laufen.
11. Hardware- und Infrastrukturschicht (Hardware/Infrastructure Layer): Die unterste Schicht, die die physischen Server, Netzwerkgeräte und andere Hardware-Komponenten umfasst, auf denen die gesamte Architektur aufbaut.

Diese Middleware Layers können je nach spezifischer Implementierung und Anforderungen der Middleware variieren. In modernen Cloud-basierten Architekturen können einige dieser Schichten abstrahiert oder durch Cloud-Dienste ersetzt werden.

Vorteile: warum Unternehmen auf Middleware setzen

Die Vorteile einer Middleware ergeben sich daraus, dass alle Systeme, Tools und Datenbanken einer IT-Infrastruktur miteinander verknüpft und zentral gesteuert werden können: 

• Verbesserung der Effizienz, Flexibilität und Skalierbarkeit der IT-Landschaft sowie daraus entstehende Kostenersparnisse.
• Vereinfachung des IT-Managements sowie Verbesserung der Datensicherheit, Datenkonsistenz und Datenqualität.

Verschiedene Arten von Middleware und ihre Einsatzbereiche

Je nach den spezifischen IT-Anforderungen eines Unternehmens können Middleware-Lösungen mehrere Aufgabenbereiche und Funktionen abdecken und entsprechend auch mehreren Kategorien gleichzeitig zugeordnet werden. Hinzu kommt, dass technologische Entwicklungen neue Arten von Middleware hervorbringen können, sodass neue Kategorien entstehen oder bestehende Kategorien veralten können.

Die nachfolgende Kategorisierung verschiedener Arten von Middleware ist demnach keine klare Abgrenzung verschiedener Middleware-Typen, sondern soll vielmehr dem besseren Verständnis dienen.

Kommunikationsorientierte Middleware (Communication-based Middleware)

Eine kommunikationsorientierte Middleware ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Softwareanwendungen über Netzwerke hinweg und unterstützt dabei verschiedene Protokolle und Datenformate.

Beispiele:

• Nachrichtenorientierte Middleware (Message-oriented Middleware, MOM)
• Objektanfragemiddleware (Object Request Middleware)
• Remote Procedure Call (RPC) Middleware

Eine kommunikationsorientierte Middleware ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Softwareanwendungen über Netzwerke hinweg und unterstützt dabei verschiedene Protokolle und Datenformate.

Anwendungsorientierte Middleware (Application-oriented Middleware)

Eine anwendungsorientierte Middleware bietet Dienste und Funktionen, die auf die Bedürfnisse spezifischer Anwendungsdomänen wie Finanzdienstleistungen oder Gesundheitswesen zugeschnitten sind.

Beispiele:

• IoT Middleware
• Anwendungsserver
• CMS
• Webserver
• E-Commerce Middleware

Integrations-Middleware (Integration Middleware)

Eine Integrations-Middleware dient der Datenintegration, d.h. der Verknüpfung verschiedener IT-Systeme und Anwendungen innerhalb einer Organisation, um einen reibungslosen Datenaustausch und Prozessablauf zu gewährleisten.

Beispiele:

• Prozessorientierte Middleware
• Enterprise Service Bus (ESB)
• SOA Middleware
• EAI Middleware
• IPaaS Middleware
• Cloud-Brokerage-Middleware

Plattformspezifische Middleware

Plattformspezifische Middleware ist für bestimmte Hardware- oder Softwareplattformen zugeschnitten und erleichtert die Entwicklung und den Betrieb von Anwendungen einer spezifischen Umgebung.

Beispiele:

• .NET Middleware
• Java-basierte Middleware

Datenbank-Middleware

Eine Datenbank-Middleware verbindet Anwendungen mit Datenbanken und sorgt für die notwendige Übersetzung und Koordination zwischen verschiedenen Datenbanksystemen (bzw. Data Lakes oder Data Warehouses) und Anwendungsformaten.

Beispiele:

• ODBC/JDBC Middleware
• Datenreplikations-Middleware

Transaktions-Middleware

Transaktions-Middleware unterstützt die Verwaltung und Koordination von Transaktionen über verschiedene Anwendungen und Systeme hinweg, um Konsistenz und Integrität der Daten zu sichern.

Beispiele:

• Transaktionsmonitore
• Transaktionsverarbeitungssysteme

Portal-Middleware

Portal-Middleware bildet die Basis für Webportale, indem sie Dienste wie Benutzerverwaltung, Personalisierung und Integration von Content und Anwendungen bereitstellt.

Beispiele:

• Unternehmensportale
• Mobile Portale

Embedded Middleware

Embedded Middleware wird in eingebetteten Systemen verwendet, ist auf eine effiziente Funktionsweise in ressourcenbeschränkten IT-Umgebungen ausgelegt, oft in enger Verbindung mit der Hardware.

Beispiele:

• Echtzeitsystem Middleware
• Geräteorientierte Middleware

Sicherheits-Middleware

Sicherheits-Middleware stellt Sicherheitsfunktionen wie Authentifizierung, Autorisierung, Verschlüsselung und Sicherheitsprotokollierung für Anwendungen und Netzwerke bereit.

Beispiele:

• Authentifizierungsdienste
• Verschlüsselungsdienste

Mobile Middleware

Mobile Middleware erleichtert die Entwicklung und den Betrieb mobiler Anwendungen durch Dienste wie Datenmanagement, Gerätekommunikation und standortbasierte Dienste.

Beispiele:

• Mobile Anwendungsserver
• Mobile Backend als Service (MBaaS).

Middleware-Anwendungsformen

Abgesehen von den genannten Kategorien lässt sich jede Middleware zudem einer von zwei verschiedenen Anwendungsformen zuordnen:

1. Enterprise Middleware, die vor allem die Effizienz in Unternehmen steigert. Sie verbindet Softwarekomponenten oder Unternehmensanwendungen, wobei sie eine Softwareebene zwischen dem Betriebssystem und den darauf aktiven Anwendungen bildet.
2. Platform Middleware, die unterschiedliche Software-Architekturen einer bestimmten Plattform verknüpft. Derartige plattformspezifische Lösungen sind speziell für bestimmte Hardware- und Softwareplattformen konzipiert und bietet entsprechende Funktionen, die für deren Entwicklung erforderlich sind.

SaaS und IPaaS – Cloud-basierte Middleware

Middleware wird heute vermehrt als Software as a Service (SaaS) bzw. als Integration Platform as a Service (IPaaS) bereitgestellt. Die Nutzung einer Cloud-basierten Middleware-Lösung bietet gegenüber einer On-Premises-Lösung mehrere Vorteile, insbesondere in Bezug auf Flexibilität, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz. Eine Cloud-basierte Middleware ermöglicht es Unternehmen, ihre IT-Ressourcen skalierbar und bedarfsgerecht zu nutzen. Das bedeutet, dass Unternehmen je nach aktuellem Bedarf schnell auf mehr oder weniger Ressourcen zugreifen können, ohne in physische Hardware investieren zu müssen. Zudem ermöglicht die Cloud eine schnellere Implementierung und Aktualisierung von Software, da Änderungen zentral vorgenommen und unmittelbar auf alle Nutzer ausgerollt werden können.

Auf der anderen Seite stehen On-Premises-Middleware-Lösungen, die insbesondere eine höhere Kontrolle bieten, da alle Daten und Prozesse innerhalb des physischen Standorts des Unternehmens bleiben. Dies kann für Unternehmen in bestimmten Branchen notwendig sein, wie im Bankwesen oder im Gesundheitssektor, in denen in Bezug auf Datenschutz und Sicherheit besonders hohe Anforderungen erfüllt werden müssen. Allerdings sind solche Lösungen in der Regel auch mit höheren Anfangsinvestitionen und laufenden Wartungskosten verbunden und erfordern meist ein spezialisiertes IT-Team vor Ort, um die IT-Umgebung zu verwalten und zu warten, was zusätzliche Kosten verursacht.

Auswahlkriterien der richtigen Middleware für Ihr Unternehmen

Bei der Auswahl der passenden Middleware für Ihr Unternehmen müssen Sie sich zuerst über dessen Einsatzbereich im Klaren sein, anhand dessen Sie definieren können, welche Art von Middleware benötigt wird. Eine passende Lösung muss mit allen Bestandteilen der IT-Landschaft Ihres Unternehmens kompatibel sein und sollte sich nahtlos in Ihre IT-Infrastruktur integriert werden können, ohne dass dafür umfangreiche Anpassungen oder Überarbeitungen notwendig sind.

Diese Fragen stehen bei der Auswahl einer Middleware-Lösung im Raum:

• Welche spezifischen Bedürfnisse hat Ihr Unternehmen?
• Welche Lösung bietet die erforderlichen Funktionen, um diese Bedürfnisse zu erfüllen?
• Wie gut lässt sich die Middleware in Ihre bestehende IT-Infrastruktur integrieren?
• Ist die Software kompatibel mit den Anwendungen und Systemen, die Sie bereits nutzen?
• Sind mehrere unterschiedliche Adapter vorhanden?
• Sind Tools für die Datentransformation enthalten?
• Werden vorhandene (B2B-)Schnittstellen und gängige Kommunikationsstandards (z.B. EDIFACT) unterstützt?
• Werden Web Services wie SOAP (Simple Object Access Protocol) oder REST (Representational State Transfer) unterstützt?
• Werden synchrone und/oder asynchrone Transaktionen unterstützt?
• Lassen sich alle relevanten Geschäftsprozesse und -regeln abbilden?
• Sind Tools für die Geschäftsprozessmodellierung und Prozessautomatisierung vorhanden?
• Kann die Lösung flexibel an neue Geschäftsprozesse und Technologien angepasst werden?
• Ist die Lösung skalierbar und kann mit Ihrem Unternehmen wachsen und den steigenden Anforderungen gerecht werden?
• Welche Sicherheitsfunktionen werden geboten (Verschlüsselung, Codierung, Authentifizierung, Autorisierung) und entsprechen diese den Compliance-Anforderungen?
• Wie zuverlässig ist die Lösung in Bezug auf Verfügbarkeit und Ausfallzeiten?
• Wie gut ist die Performance der Datenübertragung und lässt sie sich belegen oder überprüfen?
• Sind Monitoring- und Analysefunktionen vorhanden, um die Zugriffe, Datenströme und Performance überwachen zu können?
• Wie verhält es sich mit den Gesamtkosten der Middleware-Lösung, inklusive Anschaffung, Wartung und möglichen Upgrades?
• Welchen Return on Investment können Sie erwarten, und wie schnell amortisiert sich die Investition?
• Welche Art von technischem Support bietet der Anbieter?
• Wie regelmäßig werden Updates und Wartungen durchgeführt, um die Leistungsfähigkeit, Kompatibilität und Sicherheit zu gewährleisten?
• Wie benutzerfreundlich ist die Benutzeroberfläche?
• Sind für die Benutzung Programmierkenntnisse erforderlich oder handelt es sich um eine No-Code-Software?
• Wie hoch ist der Administrationsaufwand, um die Middleware effektiv zu betreiben und zu warten?

Machen Sie sich zuerst mit der vorhandenen IT-Infrastruktur vertraut und leiten Sie anhand dessen die Bedürfnisse ab, die eine Middleware-Lösung für Ihr Unternehmen erfüllen muss. Die oben stehenden Fragen helfen Ihnen dabei, passende Lösungen miteinander zu vergleichen und für Ihren Anwendungsfall zu bewerten.

Herausforderungen und Lösungsansätze bei der Implementierung

Die Implementierung einer Middleware-Lösung birgt eine Reihe von Herausforderungen, die Sie beachten sollten, um die Stabilität, Effizienz und Integrität aller Systeme langfristig zu gewährleisten.

Kompatibilität: Die IT-Umgebungen in Unternehmen sind meist in sehr heterogen, d.h. sie beruhen auf unterschiedlichen Datenformaten und -standards. Achten Sie im Vorfeld darauf, dass die gewählte Software mit allen eingesetzten Technologien und Standards kompatibel ist und setzen Sie bevorzugt auf offene Standards.

Performance: Es besteht immer die Gefahr, dass sich die eingesetzte Middleware negativ auf die Systemleistung auswirkt, sei es durch eine aktiv verschlüsselte Datenübertragung, ein hohes Datenaufkommen oder ein fehlerhaft konfiguriertes Load Balancing. Um das zu verhindern und Performance-Probleme frühzeitig zu erkennen, testen Sie die Software im Vorfeld am besten ausgiebig und überwachen die Leistung nach der Implementierung mit entsprechenden Performance Monitoring Tools.

Sicherheit: Alle Unternehmensdaten laufen über die Middleware, was diese zu einem attraktiven Angriffsziel und somit zu einem wichtigen Aspekt Ihres IT-Sicherheitskonzepts macht. Achten Sie daher unbedingt darauf, dass Ihre Middleware alle wichtigen Sicherheitsfunktionen mitbringt, die Sie im Rahmen der Compliance benötigen, wie z.B. eine verschlüsselte Datenübertragung oder Multi-Faktor-Authentifizierung (MFA).

Skalierbarkeit: Bewerten Sie nicht nur den Ist-Stand, sondern achten Sie auch darauf, dass Sie auf eine flexible Lösung setzen, die problemlos mit einem wachsenden Unternehmen und einer komplexer werdenden IT-Infrastruktur skalieren kann.

Wartung und Support: Stellen Sie sicher, dass Ihr Middleware-Partner Wartungsdienste, eine umfassende Dokumentation sowie einen kompetenten Support bietet, bevor Sie ein ernstes Problem haben.

Aktuelle Trends und zukünftige Entwicklungen

Middleware-Technologien entwickeln sich rasant weiter und prägen maßgeblich, wie Unternehmen ihre IT-Infrastruktur gestalten und nutzen. Cloud-basierte Middleware ist dabei aktuell auf dem Vormarsch. Mit der fortschreitenden Verbreitung von Cloud-Architekturen und Technologien wie Microservices in Verbindung mit einer zunehmenden Containerisierung (Stichwort: Kubernetes), entwickeln sich auch Middleware-Lösungen in dieser Richtung weiter.

Noch ein Trend im Middleware-Markt ist die zunehmende Beliebtheit von No-Code-Software, also Integrationslösungen, die ohne Programmierkenntnisse verwaltet werden können. Mit derartiger Software können auch Nicht-Entwickler Integrationsprozesse gestalten und eigenständig Optimierungen vornehmen, was die Entwicklungsgeschwindigkeit erheblich beschleunigt, da schließlich nicht mehr für jeden Klick ein Programmierer benötigt wird. No-Code-basierte Middleware-Lösungen wie Lobster_data helfen dabei, die Daten innerhalb eines Unternehmens zu demokratisieren und dadurch schnellere, datenbasierte Entscheidungen zu treffen und flexibel auf Marktanforderungen reagieren zu können.

Ein dritter Trend, der die kommenden Jahre voraussichtlich weiter rapide an Fahrt aufnehmen wird, ist Künstliche Intelligenz (KI, eng. AI) bzw. KI-gestützte Funktionen. Konkret bedeutet KI in Middleware hauptsächlich Automatisierung: Intelligentes Routing, automatische Erkennung von Performance- und Sicherheitsproblemen, personalisierte Benutzererfahrungen, KI-gestütztes Troubleshooting bzw. Wartung, Echtzeit-Analysen mit Entscheidungsunterstützung uvm. In Zukunft werden wir dadurch Daten intelligenter und deutlich effizienter verarbeiten können und immer seltener selbst Hand anlegen müssen, wenn etwas analysiert, konfiguriert oder repariert werden muss.

Alles in allem werden Cloud-Migration, No-Code-Middleware, Microservice-Architekturen und der verstärkte Einsatz Künstlicher Intelligenz die Entwicklung zukünftiger Middleware-Funktionen und -Lösungen voraussichtlich stark prägen. Bleiben wir gespannt, wie lange es noch dauert, bis sich die Middleware ganz von selbst implementiert und wartet.