Cloud Computing stabiles Fundament für IT as a Service

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1 Cloud Computing stabiles Fundament für IT as a Service Cloud Computing hat sich in kurzer von einem reinen Hype-Thema zu einer ernst zu nehmenden Alternative für die Bereitstellung der verschiedensten IT-Services entwickelt. Dabei haben sich mittlerweile sehr unterschiedliche Angebote auf dem Markt etabliert: Von eher auf der Infrastrukturebene angesiedelten Services über Plattform- bis hin zu Anwendungsservices stehen Anwendern Dienste auf verschiedenen Abstraktionsebenen zur Verfügung. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die verschiedenen Ausprägungen von Cloud Computing Services und geht auf Chancen und Risiken des Cloud Computing ein. 1 Evolution der IT Im Laufe der hat sich die Welt der IT unter dem Einfluss wachsender Möglichkeiten und entsprechend steigender Anforderungen der Nutzer stetig weiterentwickelt. Zu jeder gab es dabei ein dominierendes IT-Modell, das nach gewisser von anderen Modellen abgelöst wurde, ohne dabei vollständig verdrängt zu werden (vgl. Abb. 1). Zu Beginn, von den 50er-Jahren bis in die 70er-Jahre des vergangenen Jahrhunderts, war der Mainframe das dominierende IT-Modell. wurde an zentraler Stelle bereitgestellt. Mit steigender Miniaturisierung und wachsender Leistungsfähigkeit der Hardware, die auch in vergleichsweise kleinen, bürotauglichen Personal Computern möglich machte, rückte in den 80er-Jahren der Client in den Fokus. Zusammen mit zentralen Servern wurden leistungsfähige Client-Server-Systeme möglich, bei denen die, je nach Funktion, an zentraler Stelle oder lokal beim Anwender erbracht wurde. Das Internet brachte in den 90er-Jahren einen weiteren Innovationsschub. Während bei Client-Server-Systemen eine Verteilung der charakteristisch war, standen Webanwendungen wieder für eine Zentralisierung. Häufig erhielt dieses Konzept auch in Intranetumgebungen den Vorzug, da Aktualisierungen von Webanwendungen an zentraler Stelle möglich waren und Fragen der Softwareverteilung insbesondere bei einer Vielzahl von Clients obsolet wurden. Mit der Jahrtausendwende wurden die Konzepte der Webanwendungen zunehmend auf Geschäftsanwendungen übertragen. Web-2.0-Technologien, die auf Zusammenarbeit von Anwendern bei der Informationsverarbeitung setzen, hielten Einzug in Unternehmen. Bündelungen von IT-Funktionen zu Diensten im Sinne von serviceorientierten Architekturen (SOA) brachten der Unternehmens-IT eine Agilität, die es erlaubte, einzelne Dienste voneinander zu entkoppeln und je nach sich ändernden Anwenderwünschen flexibel neu zu kombinieren und auch an Dienstleister auszulagern. Mainframe Client-Server Web Services Cloud Computing Investments in IT 1970er 1980er 1990er 2000er Abb. 1: Evolution der IT itsm Ausgabe

2 Cloud Computing stabiles Fundament für IT as a Service 2 Cloud Computing Mit Beginn des Jahrtausends traten einzelne Anbieter (wie z. B. Microsoft, Amazon, Google) auf den Markt, die Industrialisierungskonzepte auf den Softwarebetrieb übertrugen und begannen, Rechen- und Speicherleistung in großen Dimensionen als Massengut im Markt anzubieten: Die Geburtsstunde des Cloud Computing hatte geschlagen Definition und Wesensmerkmale Das Marktforschungsinstitut Gartner definiert Cloud Computing wie folgt:»... a style of computing in which scalable and elastic IT-enabled capabilities are delivered as a service to external customers using Internet technologies«[plummer et al. 2009]. Charakteristisch für Cloud Computing sind demnach folgende Eigenschaften: Eine IT-Funktion (z. B. unmittelbar durch Anwender nutzbare Dienste, Dienste für Entwickler) wird als Dienst bereitgestellt, für den sogenannte Service Level spezifiziert sind, die die Funktionalität und Qualität der zu erbringenden IT-Leistung beschreiben. Fragen des Softwarebetriebs werden im Cloud Computing für den Nutzer also unbedeutend. Die Diensterbringung erfolgt auf Basis einer skalierbaren und elastischen Infrastruktur. Die Dienste sind multimandantenfähig ausgelegt, d. h., die Dienste stehen vielen Anwendern zur Verfügung, die über geeignete Virtualisierungstechnologien voneinander isoliert werden. Dienstaufrufe werden nutzungsabhängig in Rechnung gestellt, d. h., die Kosten stehen für den Anwender in direktem Zusammenhang mit seinem Bedarf. Auf die IT-Funktion kann über standardisierte Schnittstellen zugegriffen werden. Gerade für Web-2.0-Anwendungen, deren Wert maßgeblich durch eine möglichst hohe Zahl an Nutzern, die Inhalte beisteuern, bestimmt wird, ist es wichtig, die Zugänge zur Anwendung so einfach wie möglich zu halten Elastizität der Cloud Cloud Computing macht Anwendern und Entwicklern skalierbare und elastische Infrastrukturen für ihre Anwendungen zugänglich. Mit geringem Mehraufwand können Anwendungen geschrieben werden, die sich flexibel an die jeweilige nach oben oder unten anpassen. Diese Flexibilität in der Ressourcenbereitstellung hat einige entscheidende Vorteile für die IT-Kapazitätsplanung und entsprechende Kostenoptimierung. Im klassischen Softwarebetrieb sind mit der Bereitstellung von Investitions kosten (für die Bereitstellung, Konfiguration, Verwaltung entsprechender Serversysteme) verbunden, die in der Regel einen starren treppenförmigen Verlauf haben. Dies ist in Abbildung 2 links skizziert. Dort wird eine Software mit stetig steigendem verlauf angenommen. Bereits für den ersten Server fallen gewisse Investitionskosten an, die eine Hürde für Innovationen darstellen (eine Anwendung muss mindestens einen Nutzen von der Höhe dieser Kosten erzielen). Weicht die tatsächliche im Verlauf der stark von der prognostizierten ab, ergeben sich weitere Probleme. Ist die tatsächliche deutlich niedriger als prognostiziert, kann dies zu einer Überversorgung (und zu hohen Kosten) auf der Kapazitätsseite führen. Ist die tatsächliche deutlich höher, kann dies eine Unterversorgung (und einen Zusammenbruch des Systems) zur Folge haben. Sinkt die nachhaltig, können bereitgestellte Kapazitäten nicht einfach abgebaut werden. Im Falle von Cloud Computing als Betriebsmodell für die Software können die bereitgestellten aufgrund der Elastizität der Cloud deutlich besser an die tatsächliche angepasst werden. Dies ist in Abbildung 2 rechts zu sehen. Anfangsinvestitionen können deutlich abgesenkt, Überversorgung reduziert und Unterversorgung vermieden werden. Bei sinkender können die Kapazitäten einfach zurückgefahren und entsprechende Kosten eingespart werden Typische Einsatzszenarien Elastizität und Skalierbarkeit verbunden mit einer nutzungsabhängigen Abrechnung einer Cloud-Computing-Plattform machen dieses Betriebsmodell für eine Reihe von Einsatzszenarien besonders geeignet. Diese sind in Abbildung 3 dargestellt. Klassische IT-Kapazitätsplanung IT-Kapazitätsplanung mit Cloud Computing Bereitgestellte»Unterversorgung«an Kapazitäten»Verschwendung«von Kapazitäten Prognose der Fixe Kosten für Kapazitäten Bereitgestellte Vermeidung von»unterversorgung«reduzierung der»überversorgung«prognose der Reduzierung der Kapazitäten bei sinkender Hürde für Investitionen Tatsächliche Absenkung der Anfangsinvestitionen Tatsächliche Abb. 2: IT-Kapazitätsplanung ohne und mit Cloud Computing 4 itsm Ausgabe

3 »temporärer Ressourcenbedarfschnelles Wachstum«Periode ohne Verbrauch»(un)regelmäßige spitzenzugriff immer und überall«abb. 3: Ideale Szenarien für Cloud Computing Temporärer Ressourcenbedarf Immer dann, wenn Rechen- und Speicherleistung nur zu bestimmten, begrenzten räumen benötigt wird, kann Cloud Computing diese Leistung bedarfsgenau bereitstellen. Damit fallen auch nur dann Kosten an, wenn die eingesetzte Software tatsächlich genutzt wird. Denkbar ist dies beispielsweise bei Anwendungen für Quartalsabschlüsse oder in Fällen, in denen von zu aufwendige Berechnungen (z. B. Simulationsrechnungen) durchgeführt werden müssen. In räumen, in denen diese Berechnungen nicht benötigt werden, kann die Infrastruktur komplett abgeschaltet werden, um entsprechend Kosten zu sparen. Schnelles beständiges Wachstum Cloud Computing abstrahiert von der Dimensionierung der bereitgestellten IT-Ressourcen. Software kann zunächst für einen sehr kleinen Ressourcenpool (für den entsprechend nur geringe Kosten anfallen) entwickelt werden, der im Erfolgsfall der Anwendung dann auf Knopfdruck bedarfsgerecht erweitert werden kann. Von der Bereitstellung zusätzlicher Recheninstanzen bis hin zur Konfiguration der IT-Komponenten (virtuelle Maschinen, Loadbalancer etc.) wird alles von der Cloud-Computing-Plattform übernommen. Sehr interessant ist dies für Start-ups, die zunächst kostengünstig und mit überschaubarem Risiko»klein anfangen und dann schnell und unkompliziert wachsen«können. Schwankungen im verlauf Bei vielen Anwendungen besteht die Herausforderung bei der IT-Kapazitätsplanung darin, dass der verlauf von regelmäßigen oder unregelmäßigen Spitzen geprägt ist. Beispiele hierfür sind E-Commerce-Seiten, die zu Weihnachten hohe und unterjährig geringe beobachten lassen, oder Nachrichtenportale, deren vom aktuellen Nachrichtengeschehen abhängig ist. Um das Problem, Kapazitäten für diese spitzen vorhalten zu müssen, die zwischen den Spitzen nicht ausgelastet sind, zu lösen, kann als Betriebsmodell Cloud Computing gewählt werden. Damit ist es möglich, die eingesetzten Kapazitäten schnell und flexibel an die jeweils aktuelle anzupassen. Weltweiter Zugriff Die großen Cloud-Computing-Anbieter halten Rechen- und Speicherleistung in weltweit verteilten Rechenzentren vor. Auf diesen Plattformen ist es möglich, Cloud Services in regio naler Nähe zum jeweiligen Anwender anzubieten, was sich günstig auf die Netzwerklatenz und damit die Zugriffsgeschwindigkeit auswirkt. Dies kombiniert mit dem Anspruch der Hochverfügbarkeit macht Cloud Computing für Anwendungen interessant, auf die weltweit und zu jeder zugegriffen werden soll. Dies gilt beispielsweise für Nachrichtenportale, die Medieninhalte für eine globale Zielgruppe bereitstellen. 3 Ausprägungen von Cloud Computing Mit der wachsenden Zahl an Cloud-Computing-Anbietern wächst auch die Unübersichtlichkeit des Marktes. Der Markt lässt sich jedoch anhand einiger Kriterien strukturieren und die Angebote miteinander in Beziehung setzen. Dies ist in Abbildung 4 dargestellt. Zwei Strukturierungskriterien sind die Reichweite und die Abstraktionsschicht eines Cloud-Computing-Angebots. Diese Kriterien unterteilen den Markt in Angebotscluster, innerhalb derer die Leistungen der verschiedenen Anbieter vergleichbar werden Kategorisierung nach Reichweite Cloud-Computing-Technologien unterscheiden sich grundlegend durch den Einsatzort und die damit verbundene Reichweite. Mit einer globalen Reichweite sind hohe Skaleneffekte itsm Ausgabe

4 Cloud Computing stabiles Fundament für IT as a Service SaaS (Software as a Service) PaaS (Platform as a Service) IaaS (Infrastructure as a Service) Abb. 4: Ausprägungen von Cloud Computing verbunden, bei einem Einsatz in einem sehr begrenzten, dedizierten Umfeld bestehen wiederum bessere Möglichkeiten zu individuellen Anpassungen. Der Anwender muss also zwischen der Aussicht auf hohe Skaleneffekte und individuellen Anforderungen abwägen. Private Cloud Viele Unternehmen wünschen sich einen Einsatz von Cloud- Computing-Technologien (und der damit verbundenen flexiblen Skalierbarkeit etc.) im eigenen Rechenzentrum, d. h. den Aufbau einer sogenannten Private Cloud. Sie versprechen sich davon eine höhere Kontrolle über die Infrastruktur sowie Möglichkeiten, spezielle Anforderungen (z. B. Datenschutz, rechtliche Rahmenbedingungen) abdecken zu können. Der begrenzte Einsatzrahmen schränkt allerdings auch die Möglichkeit ein, von hohen Skaleneffekten zu profitieren. Public Cloud Bei der Public Cloud bieten einige wenige Anbieter Rechenund Speicherdienste in einer standardisierten Form auf globaler Basis an. Standardisierung und die hohe Zahl an Serversystemen führen zu starken Kosteneinsparungen (also zu entsprechend hohen Skaleneffekten), die Möglichkeiten, die standardisierten Leistungen an individuelle Wünsche anzupassen, sind allerdings begrenzt. Hybrid Cloud Es ist nur in den seltensten Fällen damit zu rechnen, dass Anwender ausschließlich auf ein Cloud-Modell setzen. Vielmehr ist zu erwarten, dass sie den Wunsch haben, je nach Anforderungen für bestimmte Anwendungen das jeweils bestmögliche Cloud-Modell zu wählen und über geeignete Integrationstechnologien Hybridlösungen aufzubauen, die Private-, Dedicated- und Public-Cloud-Infrastrukturen mit klassischem Inhouse-Softwarebetrieb verknüpfen Kategorisierung nach Abstraktionsebene Weiteres Strukturierungskriterium für Cloud-Computing- Angebote ist die Abstraktionsebene. Dabei wird unterschieden nach der Ebene der angebotenen Cloud Services. Je höher diese Ebene, desto komplexer sind die Dienste (zum Teil werden ganze Anwendungssysteme angeboten), was auf der anderen Seite aber auch ihr Einsatzspektrum begrenzt. Infrastructure as a Service Bei dieser Form von Cloud-Plattformen stellt der Dienstleister lediglich eine Basisinfrastruktur in Form virtualisierter Hardware zur Verfügung. Kunden können auf dieser Infrastruktur eigene Dienste bis hin zu vollständigen Anwendungen installieren und nutzen. Das Angebot des Dienstleisters wird als Infrastructure as a Service (IaaS) bezeichnet. IaaS- Angebote haben ein sehr großes, flexibles Einsatzspektrum, für einen Anwendernutzen müssen jedoch noch weitere Dienste hinzugefügt werden. Platform as a Service Ein Platform-as-a-Service-Dienstleister (PaaS) stellt neben der reinen Infrastruktur auch Dienste bereit, die Grundlage für Anwendungsdienste bzw. Anwendungen sein können. Die bereitgestellte Plattform ist deutlich komplexer als die eines IaaS-Anbieters. Entwickler erhalten somit sichtlich höherwertige Dienste, zum Teil ist deren Einsatzspektrum aber um einiges begrenzter, als dies auf der IaaS-Ebene der Fall ist. Software as a Service Bei der dritten Variante, Software as a Service (SaaS), werden nochmals höherwertige Dienste bereitgestellt. Diese Dienste implementieren bereits fachliche Funktionen bzw. vollständige Anwendungen. Über dieses Modell sind beispielsweise CRM- Systeme, -Server etc. erhältlich, die einen unmittelbaren Anwendernutzen realisieren, andererseits aber eben nur für CRM- bzw. -Szenarien genutzt werden können. 6 itsm Ausgabe

5 4 Risiken Mit der Verlagerung von Anwendungen aus dem direkten Einflussbereich eines Unternehmens, dem eigenen Rechenzentrum, zu einem Dienstleister, der Softwarebetrieb auf Basis von Cloud-Technologien anbietet, gehen auch gewisse Risiken einher, die bedacht werden müssen Compliance Unternehmen sind hinsichtlich der Ausgestaltung des Betriebs von Anwendungssoftware nicht vollständig frei in ihren Entscheidungen. Dies beginnt mit Vorgaben zum Ort von Datenspeicherung (in manchen Fällen müssen Daten innerhalb Deutschlands bzw. der EU gehalten werden) oder Datensicherungen. Rechtliche Vorgaben müssen eingehalten werden. Somit sind Unternehmen bei Überlegungen im Zusammenhang mit Cloud Computing verpflichtet zu prüfen, ob der Cloud-Computing-Anbieter entsprechende Anforderungen erfüllen kann, wie beispielsweise den Ort der Datenspeicherung bzw. Anwendungsausführung vom Anwender bestimmen zu lassen Sicherheit und Datenschutz Eine zentralisierte Datenspeicherung bzw. Anwendungsausführung bei einigen wenigen Cloud-Anbietern schafft natürlich Angriffsfläche für unberechtigten Datenzugriff. Das Thema Sicherheit und Datenschutz gewinnt hier somit zusätzliche Bedeutung. Anwender sollten sorgfältig prüfen, welche Sicherheitsmechanismen vom Cloud-Anbieter implementiert wurden Migration und Integration Auch wenn die Durchgängigkeit einer Plattform eine Verlagerung des Softwarebetriebs in die Cloud erleichtert, so fallen doch Migrations- und Integrationsaufwände an. Daten und Anwendungen müssen in die Cloud transferiert und die Cloud-Ressourcen mit den im Unternehmen betriebenen Anwendungen vernetzt und integriert werden. Hierbei sollten entsprechende Entwicklungs- und Migrationswerkzeuge zur Verfügung stehen, die helfen, diese Aufwände zu minimieren. 5 Möglichkeiten des Cloud Computing Unabhängig von der Frage, welche Arten von Diensten auf einer Cloud-Plattform angeboten werden, bietet Cloud Computing eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem klassischen Softwarebetrieb im eigenen Rechenzentrum Schnelle Bereitstellung von Test- und Produktivumgebungen IT-Funktionen können vergleichsweise schnell bereitgestellt werden. Die Infrastruktur ist beim Dienstleister bereits vorhanden und kann zügig entsprechend den Kundenanforderungen bestückt werden. Diese Flexibilität in der Bereitstellung ermöglicht die Gewährung eines Testbetriebs. Die Infrastruktur kann zügig aufgesetzt, zum Testbetrieb freigegeben und bei Nichtgefallen wieder deinstalliert werden Spezialisierung der Mitarbeiter Fragen des Softwarebetriebs wie Skalierung der Infrastruktur, Einhaltung von Service Levels etc. können an einen Dienstleister übertragen werden. Entwickler können sich auf die Implementierung der Geschäftslogik fokussieren. Skalierung, Ausfallsicherheit etc. werden von der Cloud-Plattform sichergestellt Alternative Bezahlmodelle Cloud-Plattformen sehen i.d.r. Bezahlmodelle vor, die sich an der tatsächlichen Nutzung von Diensten orientieren. Grundsätzlich sind verschiedene Modelle denkbar: Software, die sich über Werbung, d. h. Einblendung von Werbebannern etc., finanziert. Software, die pro User regelmäßig (z. B. monatlich) abgerechnet wird. Software, die nutzungsabhängig (z. B. pro Aufruf, pro Transaktion) abgerechnet wird Multimandantenarchitektur Die Multimandantenarchitektur unterstützt die Möglichkeit zur Isolierung von Anwendungen auf Infrastrukturebene, bei der pro Mandant eine Anwendungsinstanz auf einer eigenen virtuellen Umgebung installiert wird. Die Möglichkeit, eine Anwendung zeitgleich vielen Nutzern anzubieten, gewinnt mit der Nutzung von Cloud Computing an Bedeutung. 6 Literatur [Plummer et al. 2009] Plummer, Daryl C.; Smith, David Mitchell; Bittman, Thomas J.; Cearley, David W.; Cappuccio, David J.; Scott, Donna; Kumar, Rakesh; Robertson, Bruce: Five Refining Attributes of Public and Private Cloud Computing. Gartner Inc., Stamford, Conn., Developer Platform & Strategy Group Microsoft Deutschland GmbH Konrad-Zuse-Str Unterschleißheim holger.sirtl@microsoft.com ist seit 2006 als Architekturberater bei Microsoft in München tätig und berät in dieser Rolle Unternehmen im Aufbau.NETbasierter Anwendungsarchitekturen. Schwerpunktthemen seiner Arbeit sind Cloud Computing mit der Windows Azur Platform, Office Business Applications (OBA) sowie Microsofts»Software plus Services«-Strategie. Vor seinem Einstieg bei Microsoft arbeitete sechs Jahre lang als Technologieberater für eine international führende Unternehmensberatung sowie zwei Jahre lang als Senior-IT-Projektmanager für einen großen deutschen Energieversorger. itsm Ausgabe