Cloud Computing: bricht ein neues IT-Zeitalter an?

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1 Cloud Computing: bricht ein neues IT-Zeitalter an? Claudine Gassmann HSR Rapperswil, Schweiz Juni 2011 Abstract Cloud Computing verspricht ein wirtschaftlich neues IT Betriebsmodell, welches grössere Flexibilität und Agilität als bisherige Modelle erlaubt. Die Cloud offeriert die Illusion von unendlich vielen Ressourcen wie beispielsweise Memory, CPU oder Storage, welche on-demand verfügbar sind und nach dem Verbraucherprinzip der einzelnen Komponenten bezahlt werden. Dies führt zu der interessanten Idee, dass aktuelle Budget-Belastungen durch IT Kosten deutlich reduziert werden können. IT Kosten bekommen eine neue Bedeutung. Es ist Ziel dieses Papers, aufzuzeigen, welches die wirtschaftlichen als auch die technischen Vorteile der Cloud sind und wie diese genutzt werden können. Hierbei werden unter anderem die folgenden zentrale Fragestellungen untersucht: Worin unterscheidet sich der Cloud Ansatz zu bisherigen Modellen? Wer kann die Vorteile der Cloud effektiv nutzen? Welche Applikationen eignen sich für den Cloud-Ansatz? Vom geschichtlichen Standpunkt aus gesehen folgt dem Mainframezeitalter, dem Client- Serviceansatz und der Internettechnologie nun das Cloud Computing. Im Wesentlichen folgt dieser Cloud Ansatz dem X-as-a-Service Prinzip. Das X kann beispielsweise für Infrastruktur, für Plattformen, für Frameworks, für Datacenters, aber auch für konkrete Software (also Applikationen) und weitere Möglichkeiten von Serviceangeboten stehen. Verschiedenste Firmen bieten heute schon unterschiedlichste Cloud Services an. Prominente Vertreter von Cloud Anbieter sind beispielsweise Microsoft Windows Azure, Amazon web services (AWS), Google App Engine und andere. Die vorliegende Arbeit führt anhand der folgenden Struktur durch die Fragestellung, ob mit Cloud Computing ein neues IT Zeitalter angebrochen ist: Einleitend werden die fünf Schlüsselprinzipien des Cloud Computing, sowie der Unterschied von Investitions- und Laufenden-Kosten erläutert. Diese beiden Punkte bilden die Basis und sind für das weitere Verständnis der Arbeit essentiell. Der Kern der Arbeit bildet das Kapitel, welches detailliert auf die wirtschaftlichen Aspekte des Cloud Computing eingeht. Der Schwerpunkt liegt darin, aufzuzeigen, wann und wie die Vorteile der Cloud optimal genutzt werden können. Konkrete Anwendungs-Beispiele verdeutlichen, wie die Vorteile der Cloud in der praktischen Umsetzung tatsächlich genutzt werden. Im Anschluss an die wirtschaftlichen Aspekte werden technische Aspekte aufgeführt, welche das Cloud Computing mit sich bringt. Diese zeigen auf, welche Auswirkungen Cloud Computing auf den Design respektive die Implementierung von Cloud-Services hat. In der abschliessenden Schlussfolgerung werden die erarbeiteten Erkenntnisse und daraus folgende, mögliche Konsequenzen zusammengefasst.

2 Begriffe und Definitionen Fünf Schlüsselprinzipien des Cloud Computing s Cloud Computing basiert auf den fünf Schlüsselprinzipien, die in Tabelle 1 aufgelistet sind. Ressourcen Eigenschaft Erläuterung Zentralisierte Ressourcen Die Ressourcen sind für beliebige 1 Virtualisierung von Rechenressourcen Elastizität von Ressourcen Automatische Instanziierung / Löschung von virtuellen Maschinen. Verbrauchsorientierte Rechnungsstellung Tabelle 1: Fünf Schlüsselelemente des Cloud Computing Abonnenten/Subscriber verfügbar. Bei der Virtualisierung von Hardware wird jeder physische Server in mehrere virtuelle Server partitioniert. Dies erlaubt eine hohe Ausnutzung der darunterliegenden Komponenten wie CPU, Memory etc. Dynamische Skalierung nach oben, wie auch wieder nach unten, ohne eigene Hardware besitzen zu müssen. So können insbesondere peak-belastungen effizient abgefangen werden. Neue Instanzen können bei Bedarf automatisch on-the-fly instanziiert respektive gelöscht werden. Die Instanziierung solcher virtuellen Instanzen und deren Löschung erfolgt automatisch und in äusserst kurzer Zeit. Das Business Modell basiert auf dem tatsächlichen Verbrauch von Ressourcen. Bezahlt wird nur für das, was von den Komponenten wie CPU, Memory etc. von einer Applikation wirklich in Anspruch genommen wurde. Der fundamentale Unterschied zu anderen bekannten Betreibungsmodellen liegt beim Cloud Computing insbesondere in der verbrauchsorientierten Rechnungsstellung. Dies erlaubt eine Verschiebung von CAPEX zu OPEX Kosten. Die Bedeutung dieser Aussage wird im folgenden Abschnitt erläutert. CAPEX / OPEX CAPEX (Capital Expenses) sind Investitionsausgaben für längerfristige Anlagen, wie beispielsweise Hardwareinfrastruktur. CAPEX Kosten sind somit mit einem (meist hohen, einmaligen) Geldfluss verbunden, um Infrastruktur erwerben zu können, die über die Jahre hinweg abgeschrieben werden kann. Die erworbene Hardware ist somit gebundenes Kapital, das zu den fixen Assets eines Unternehmens gehört. OPEX Kosten (Operational Expenses) sind laufende Kosten, um ein Produkt, ein Business oder ein System betreiben/unterhalten zu können. OPEX Kosten können je nach Business Bedarf erhöht oder vermindert werden. Sie bilden somit die variablen Kosten eines Unternehmens. 1 beliebig in dem Sinne, dass der Abonnentenkreis auf interne oder externe (oder interne und externe) User eingeschränkt werden kann. Claudine Gassmann Page 2

3 Cloud Computing erlaubt es, das Verhältnis von CAPEX Kosten zu OPEX Kosten zu ändern: also das Verhältnis von fixen zu variablen Kosten. Es geht um die Fragestellung, ob ein Unternehmen die Infrastruktur selber besitzt oder diese in einem Mietverhältnis nutzt. Anhand eines Rechenbeispiels wird im nachfolgenden Kapitel dargelegt, welches bekannte IT Betriebsmodelle sind und wie sich diese bezüglich CAPEX und OPEX Kosten voneinander unterscheiden. Basierend auf diesen wirtschaftlichen Aspekten wird erörtert, in welchen Situationen sich der Ansatz des Cloud Computing lohnen kann. Wirtschaftliche Aspekte IT Betriebsmodelle Im Folgenden unterscheiden wir die vier IT Betriebsmodellen Traditionelle interne IT Colocation Managed Service Cloud Diese vier Modelle unterscheiden sich grundlegend darin, was an Infrastruktur gemietet oder eingekauft wird. Betriebsmodell Traditionalle interne IT Colocation Managed Service Beschreibung Beim traditionellen internen IT Modell werden alle Aspekte, die zu einer IT Applikation gehören eingekauft und intern betrieben. CAPEX ist somit der massgebende Kostentreiber, um alle Komponenten einkaufen und selber betreiben zu können. Es gilt zu beachten, dass bei diesem Modell die Kosten für den Betrieb oftmals auf andere (interne) Kostenstellen umgewälzt werden und somit nur die CAPEX Kosten ersichtlich bleiben. Beim Colocation Modell bezahlt die Firma die Hardware und die Software, sowie deren Betrieb und Wartung. Allerdings werden zusätzliche Ressourcen, welche die Hardware und Software für den Betrieb in Anspruch nehmen, in einem Mietverhältnis durch ein Drittfirma zur Verfügung gestellt. Solche zusätzlichen Ressourcen sind beispielsweise Strom, Kühlung, Rack-space, Netzwerkverbindungen im Sinne von Bandbreite etc. CAPEX und OPEX: CAPEX für den Einkauf der Hardware und Software. OPEX für die Miete von Strom, Rack, Netzwerk etc. Beim Managed Service wird die Hardware und Software gemietet. Der Betrieb und die Verwaltung dieser Ressourcen wird ebenfalls durch die Drittfirma (=Vermieter) im Mietverhältnis gewährleistet. Dies als wesentlicher Unterschied zum Colocation Modell. Beim Managed Service Modell sind OPEX die Kostentreiber. Es besteht nur noch das Mietverhältnis. Claudine Gassmann Page 3

4 Cloud Beim Cloud Modell ist wie beim Managed Service Modell sowohl Infrastruktur, als auch Netzwerk, Rackspace etc. beim Cloudbetreiber (=Drittfirma) gemietet. Allerdings besitzt die Firma keine dedizierten Server mehr, sondern teilt sich diese mit anderen Firmen, die ebenfalls Kunden sind des Cloudbetreibers. Dies wird durch das Konzept der Virtualisierung möglich gemacht. Ressourcen wie CPU, Memory etc. werden gemeinsam genutzt. Beim Cloud Modell sind ebenfalls nur OPEX die Kostentreiber. Allerdings werden nur die Ressourcen (wie CPU, Memory etc.) in Rechnung gestellt, welche auch wirklich gebraucht wurde. Dies als wesentlicher Unterschied zum Managed Service Modell, wo für die Infrastruktur insgesamt bezahlt wird, unabhängig davon, wie viel davon wirklich in Anspruch genommen wurde. Im Managed Service Modell bezahlt die Firma pro Server, im Cloud Modell bezahlt die Firma pro CPU, Memory etc., die sie von einem Server tatsächlich in Anspruch genommen hat. Tabelle 2: Vier Gebräuchliche IT Betreibungsmodelle Um die in Tabelle 2 aufgeführten Unterschiede zu verdeutlichen, werden die vier Modelle im folgenden, konkreten Rechenbeispiel nebeneinander gelegt und miteinander verglichen 2. Rechenbeispiel für IT Betriebsmodelle Für das Rechenbeispiel dient die folgende vereinfachte Ausgangslage: Es handelt sich um eine mittelgrosse e-commerce Applikation. Wir nehmen an, dass sie einer drei Schichtenarchitektur genügt mit einem Frontend Web Server, einem Applikationsserver in der mittleren Schicht und einer Backend Datenbank. Da es sich um eine mittelgrosse Applikation handelt, gehen wir weiter davon aus, dass pro Schicht ein Server ausreicht. Allerdings legen wir das System redundant aus, um die Verfügbarkeit sicherzustellen. Das heisst, wir benötigen zusätzlich noch zwei Loadbalancer und zwei Firewalls, um das System redundant auslegen zu können. Zusammenfassend benötigen wir also 2 Firewalls: 2 * CHF = 3000 CHF; 2 Loadbalancer: 2 * 5000 CHF = CHF; 6 Server (Frontend, Applikation, DB): 6 * 3000 CHF = CHF; TOTAL = CHF Um das Beispiel nicht unnötig kompliziert zu machen, gehen wir davon aus, dass wir Open Source Software verwenden. Das bedeutet, dass keine Ausgaben (weder Einkauf noch Lizenz) nötig sind für Betriebssystem, Datenbanksoftware etc. Des Weiteren nehmen wir an, dass dieser Setup für die nächsten 3 Jahre, also 36 Monate bestehen bleibt. Betriebsmodell Beschreibung Totale Kosten pro Monat 2 Das folgende Rechenbeispiel ist übernommen aus dem Buch The Cloud at Your Service 3 Alle hier aufgelisteten Preise beruhen auf Annahmen und dienen lediglich als Beispiel. Claudine Gassmann Page 4

5 Traditionalle interne IT Colocation Managed Service Beim traditionallen internen IT Modell kauft die Firma, die die Applikation anbietet die gesamte Hardware ein CHF an CAPEX muss geleistet werden, der über 36 Monate abgeschrieben werden kann. Die Kosten belaufen sich hiermit zu: CHF / 36 Monate = 861 CHF pro Monat. In diesen Kosten ist kein Strom, kein Rack, keine Kühlung, keine Bandbreite etc. eingerechnet. Wir gehen davon aus, dass beim traditionellen internen IT Modell diese Kosten intern umgewälzt werden können. Es bleibt bei den 861 CHF pro Monat Beim Colocation Modell besitzt die Firma die Infrastruktur ebenfalls. Das bedeutet, dass sich die 861 CHF für die Infrastruktur über die drei Jahre ebenfalls als CAPEX zeigen. Zusätzlich kommen beim Colocation Modell noch OPEX Ausgaben dazu. Diese umfassen Strom, Rack, Betreibung, Bandbreite etc. Wir gehen davon aus, dass wir mit einem 10Mbit Vertrag pro Monat ausreichend Kapazität haben. Für diesen bezahlen wir 1000 CHF pro Monat. => 1861 CHF pro Monat. Beim Managed Service Modell kommen wir das erste Mal in einen reinen Mietvertrag. Das heisst, die Firma, die die Applikation betreibt besitzt die Infrastruktur nicht. Diese wird genau wie die Betreibung derer über ein Mietverhältnis geregelt. Wir gehen von folgenden typischen Mietpreisen aus 2 Firewalls ~300 CHF / Monat 2 Loadbalancers ~1500 / Monat 6 Servers ~6000 CHF / Monat Diese Kosten sind rein OPEX. Zusätzlich zu der Infrastruktur sind in der Miete noch 500 GB pro Monat an Bandbreite inklusive. Wir gehen davon aus, dass dies reicht. Allerdings kommt noch ein einmaliger Setup Kostenpunkt dazu, in der Höhe von einer Monatsmiete, die wir also über den Betreibungszeitpunkt von 3 Jahren verteilen können = 7800 CHF / 36 = 217 CHF. Ergibt ein Total von 8017 CHF pro Monat. 861 CHF CAPEX = 861 CHF Total 861 CHF CAPEX 1000 CHF OPEX = 1861 CHF Total 10Mbit incl. 300 CHF OPEX 1500 CHF OPEX 6000 CHF OPEX 217 CHF OPEX = 8017 CHF OPEX 500 GB/server incl. Claudine Gassmann Page 5

6 Cloud Das Cloud Modell ist wie das Managed Service Modell ein reines Mietverhältnis. Allerdings ist es noch ein wenig komplizierter zu berechnen, da nur noch die Kosten ins Gewicht fallen, hinter welchen auch wirklich genutzte Ressourcen stehen. Das bedeutet, wir bezahlen nicht mehr für Server, sondern für Memory, CPU, Storage etc. 759 CHF / Monat 135 CHF / Monat 25 CHF / Monat 300 CHF / Monat 219 CHF / Monat 135 CHF / Monat = 1438 CHF / Monat Tabelle 3: Rechenbeispiel CAPEX / OPEX Die detaillierte Kostenaufstellung für das hier gewählte Beispiel wird anhand der Kostenstruktur von Amazon aufgezeigt. Die gesamten Kosten belaufen sich auf 1435 CHF / Monat. ********Detailberechnung Cloud Modell am Beispiel von Amazon*************************** Amazon bietet beispielsweise das folgende Preismodell Grösse Memory Anzahl Rechner Units 1 = GHz 2007 Opteron CPU Storage Small 1.7 GB GB 32-bit Medium 7.5 GB GB 64-bit Extra Large 15 GB GB 64-bit Tabelle 4: Amazon Preismodell Platform Server Kosten: Im obigen Beispiel sollen die Server durch Extra Large Instanzen von Amazon betrieben werden. Diese kosten 0.34 CHF / Stunde, ohne eine Initialgebühr. Wir entscheiden, eine Initialgebühr von 1400 CHF zu bezahlen, diese über 36 Monate abzuschreiben, dafür nur noch 0.12 CHF / Stunde zu bezahlen. Die Initialgebühr beläuft sich somit zu CHF / Monat. Bei einem 7*24 Stunden Betrieb zu 0.12 CHF / Stunde ergibt das unter der Annahme, dass ein Monat im Schnitt Stunden hat ein Total von * 0.12 CHF / Stunde = CHF / Monat. Total also = CHF / Monat für eine Extra Large Instanz mit Initialgebühr und entsprechendem Stundenpreis. Bei 6 Servern ergibt das 759 CHF / Monat. Bandbreite Kosten: Bei der Bandbreite nehmen wir an, das wir 780 GB pro Monat benötigen. Es wird Inbound von Outboundtraffic unterschieden, wobei ersterer kostengünstiger ist. Aus Gründen der Einfachheit gehen wir nur von Outboundtraffic aus. Dieser wird mit 0.17 CHF / GB berechnet. Dies resultiert in 135 CHF / Monat 4. Loadbalancer Kosten: Loadbalancing wird als Service angeboten. Den Service zu ermöglichen kostet CHF / Stunde und die Bandbreite, die dazu benötigt wird kostet CHF / GB. Die resultiert in gerundet 25 CHF / Monat da: (730,48 h * CHF / h) + (780 GB / Monat * CHF/GB). Firewall Kosten: Die Firewall Funktionalität decken wir im Cloud Modell über virtuelle VPN Verbindungen. Um das Beispiel einfach zu halten nehmen wir an, dass wir zu allen 6 Servern immer einen VPN Tunnel geöffnet haben. Dies kostet zusätzlich 0.30 CHF / Stunde. Daraus resultieren 219 CHF / Monat. 4 Die 780 GB/Monat entsprechen den 10 Mb/s in dem Kostenmodell (95-percentile), welches für Colocation verwendet wurde. Die genaue Umrechnung kann in ROS nachgeschlagen werden. Claudine Gassmann Page 6

7 Kopien von Instanzen, sowie Backup Storage Kosten: Für Backups nehmen wir an, dass 2 TB ausreichen. Für elastischen Storage bezahlen wir 0.10 CHF / GB. Also 200 CHF / Monat. Für I/O bezahlen wir zusätzlich 100 CHF / Monat (= 0.10 CHF / 1 Mio. I/O requests). Dies macht 300 CHF pro Monat für Storage. Total ergibt das: )CHF = 1438 CHF / Monat. Das obige Cloud Rechenbeispiel zeigt auf, dass die Kostentransparenz vorteilhaft ist, aber schnell zu relativ komplexen Kostenstrukturen führen kann. ******************************************************************************************** Der Unterschied von Colocation zu Managed Service beträgt im obigen Beispiel über 6200 CHF pro Monat. Dieser doch sehr auffällige Unterschied muss allerdings relativiert werden. Beim Managed Service Modell sind Personalkosten bereits miteingerechnet. Beim Colocation Modell müssen diese bei einer detaillierteren Berechnung noch mit zusätzlich einbezogen werden. Die vier Modelle im Vergleich führen zu folgenden CHF Kosten pro Monat, die in Tabelle 5 dargestellt sind. Traditionelle interne IT (CAPEX) Nur Hardware. Restlichen Kosten intern umgewälzt (Rack, Strom, Netz etc.) Colocation (CAPEX und OPEX) Managed Service (OPEX) Cloud (OPEX) 861 CHF 1861 CHF 8017 CHF 1438 CHF Tabelle 5: Zusammenfassung Kosten Inkl. 10 Mbit. Inkl. Rack, Strom, Kühlung etc. Personelle Kosten umgewälzt Inkl 50 GB/server. Inkl. Rack, Strom, Kühlung etc. Inkl. personelle Ressourcen für Betrieb Alles, was tatsächlich an Diensten in Anspruch genommen wurde. Für die detaillierte Zusammenstellung siehe weiter oben. Kumuliert man diese monatlichen Kosten über die 3 Jahre (also 36 Monate) kommt man zu den kumulativen Kosten wie in Abbildung 1 dargestellt. Claudine Gassmann Page 7

8 Internal IT Colocation Managed Service Cloud Abbildung 1: Kumulierte Kosten Rechenbeispiel (Quelle [Ros]) Aus dieser Grafik lässt sich ablesen, wann sich für das hier gezeigte Rechenbeispiel welches Modell lohnt. Die Grafik lässt die Interpretation zu, dass der Zeitraum über welchen eine Applikation verfügbar sein soll ein Entscheidungspunkt sein kann bezüglich der Wahl eines IT Betriebsmodelles. Beispielsweise überholt das Managed Service Modell die traditionelle interne IT Variante bereits nach 3 Monaten, wogegen das Cloud Modell erst nach ungefähr 19 Monaten über das traditionelle interne IT Modell hinausragt. Wie zuvor bereits erwähnt muss beim traditionellen internen IT Modell noch angefügt werden, dass existierende Betreibungskosten, wie auch Personalkosten in dieser Berechnung implizit anderswo allokiert wurden. Im nachfolgenden Kapitel werden dieser Zeitfaktor und weitere Entscheidungspunkte untersucht, die aus wirtschaftlichen Aspekten insbesondere für das IT Betriebsmodell Cloud Computing sprechen können. Die ausgearbeiteten Aspekte werden im übernächsten Kapitel an konkreten Beispielen erläutert. Unter welchen Aspekten macht die Cloud Sinn? Aspekt Zeitraum: Wie im obigen Abschnitt am Rechenbeispiel aufgezeigt spielt der Zeitfaktor eine massgebende Rolle. Mit diesem ist der Zeitraum gemeint, über welchen eine Applikation betrieben wird. Wie in Abbildung 1 dargestellt kann sich das interne IT Modell mit den fix akquirierten Servern lohnen, wenn die Applikation mehrere Jahre läuft. Allerdings gehen wir hier davon aus, dass die personellen Kosten in diesem Fall nicht direkt der Applikation angerechnet werden, sondern intern anderweitig verrechnet werden. Bei den Modellen, welche eine Miete der Infrastruktur respektive deren Betreibung vorsehen, nehmen die Kosten über die Zeit stetig zu. Je nach Modell unterschiedlich stark. Die Unterschiede beruhen hauptsächlich darauf, ob insbesondere die personellen Ressourcen für die Bewirtschaftung firmenintern gehalten und umgelagert werden Claudine Gassmann Page 8

9 können (e.g. internes Modell und Colocation). Beim Managed Service Modell wird alles gemietet. Dies umfasst Infrastruktur und personelle Ressourcen für den Betrieb der Infrastruktur. Beim Cloud Modell werden im Vergleich zum Managed Service Modell insbesondere die Infrastrukturkosten reduziert. Dies geschieht dadurch, dass beim Cloud Modell nicht die gesamten Server bezahlt werden, sondern nur die Hardwareressourcen wie CPU, Storage, Memory etc., die auch tatsächlich in Anspruch genommen werden. Der Rest der nicht gebrauchten Ressourcen kann (dank Virtualisierung) anderen Kunden zur Verfügung gestellt werden. Es zeigt sich, dass die Miet-Modelle über die Zeit hinweg das traditionelle interne IT Modell kostenmässig überholen und somit teurer sind. Wann der kritische Punkt der Kostengleichheit auftritt, ist insbesondere davon abhängig, was beim traditionellen internen IT Modell (neben den Infrastrukturkosten) alles mit eingerechnet wird und über welchen Zeitraum es abgeschrieben wird. Fazit: Applikationen, die für einen kurzen, vordefinierten Zeitraum in Betrieb genommen werden, sind gute Kandidaten für die Cloud. Aspekt starke Belastungsschwankungen: Eine Cloud bietet eine riesige Menge von Ressourcen, die dank der automatischen Instanziierung/Löschung sehr schnell verfügbar sind. Dies kann insbesondere für Applikationen Sinn machen, die täglichen oder saisonalen Belastungsschwankungen ausgesetzt sind. Beispielsweise online Authorisierungssysteme, die Kartentransaktionen an POS Terminals prüfen (e.g. Debit-Karten). Auch eventgetriebene Auslastungen, beispielsweise auf News- Servern, können die Cloud nutzen, um bei unvorhergesehenen Ereignissen, die von vielen Menschen zum gleichen Zeitpunkt im Internet gesehen werden wollen, on-demand die benötigten Ressourcen bereitzustellen. Aspekt ressourcenintensive Aufgaben: Die Cloud ist auch dann interessant sein, wenn für gewisse Aufgaben, wie beispielsweise Load und Performance Testing oder ressourcenintensive Algorithmen, für eine bestimmte Zeitdauer eine grosse Anzahl von zusätzlicher Rechnerkapazität gebraucht wird. Aspekt Nicht-Strategische Applikationen: Abschliessend sind Applikationen, welche für ein Unternehmen nicht von strategischem Nutzen sind ebenfalls mögliche, gute Kandidaten für die Cloud. Dieser Bereich umfasst beispielsweise die ganzen Backup Speicherungen von Daten. Diese Aufgabe kann effizienter und wirtschaftlicher ausgelagert werden, an eine Cloud, die sich auf diesen Service spezialisiert. Aspekt Unternehmensgrösse: Neben der Art einer Applikation wie in diesem Kapitel betrachtet, kann auch der finanzielle Zustand oder die Grösse eines Unternehmens ein Kriterium sein, das für die Cloud spricht. So sind beispielsweise Zero-Startups prädestiniert für die Cloud. Zero-Startups sind junge Unternehmen, die ohne grosses Startkapital beginnen und sich somit keine grosse Infrastrukturkosten leisten können. Diese können dank der Cloud viel rascher und einfacher ihre Applikation über eine Cloud auf den Markt bringen. Man kommt also mit relativ wenig Kapital einfacher auf den Markt und kann sich dort behaupten. Tendenziell sind kleinere und mittlere Unternehmen weniger stark an Rahmenbedingungen wie Sicherheit, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit gebunden. Auch besitzen sie weniger Prozesse, um regulatorischen Anforderungen genügen zu müssen. Der Weg in die (insbesondere public) Cloud ist somit tendenziell einfacher, als für grössere Unternehmen. Welche Alternativen zur public Cloud sich für grössere Unternehmen bieten wird in einem späteren Kapitel zu technischen Aspekten erläutert. Claudine Gassmann Page 9

10 Zusammenfassend sollte sich ein Unternehmen bei einem oder mehreren der folgenden Gegebenheiten den Weg in die Cloud überlegen. Es handelt sich um: Eine Applikation, die für einen beschränkten, relativ kurzen Zeitraum in Betrieb ist. Eine Applikation, die täglichen, saisonalen oder eventgetriebenen Belastungsschwankungen ausgesetzt ist. Eine Applikation, die nicht zu den strategischen Eckpfeilern oder Kernkompetenzen eines Unternehmens gehört. Eine Aufgabe für die zusätzlich eine grosse Anzahl von weiteren Ressourcen verfügbar sein muss. Ein Start-Up Business, welches auf Ressourcen angewiesen ist, deren Bereitstellung im traditionellen internen IT Modell zu kostenintensiv wären und somit den Schritt zum Test in der Marktbewährung gar nicht schaffen könnten. Ein kleineres bis mittleres Unternehmen, das für seine Services Ressourcen benötigt, die es nicht selber akquirieren und betreiben kann oder will. Konkrete Anwendungsfälle Um eine konkretere Vorstellung zu den obigen Aufzählungspunkten zu bekommen sind hier Beispiele aus der Praxis erwähnt. Aspekt Zeitraum: Aufgezeigt am Beispiel einer e-commerce Applikation. Unter der Annahme, dass ein Unternehmen eine Applikation beispielsweise für ein bestimmtes Geschäft (respektive einen bestimmten Service) für einen fixen Zeitraum von angenommen 6 Monaten aufschalten möchte, lohnt es sich, die Mietmodelle und insbesondere das Cloud Modell näher zu betrachten. Über diesen relativ kurzen Zeitraum Hardware-Investitionskosten abzuschreiben ist in den meisten Fällen nicht verhältnismässig. Investition und Ertrag werden sich in zahlreichen Fällen ungleich gegenüber stehen, meist wohl eher zu Ungunsten des Ertrags. Es bietet sich daher an, die benötigten Ressourcen für den entsprechenden Zeitraum zu mieten. Aspekt starke Belastungsschwankungen: Am Beispiel einer online Finanz Applikation. Als Beispiel dient hier eine Applikation, die Maestro-Karten autorisiert. Will ein Kunde an einem Point of Sales (PoS) mit seiner Karte bezahlen wird in der Regel geprüft, ob genug Geld auf dem Konto vorhanden ist, um den Einkauf zu tätigen. Diese Systeme sind zu Ladenöffnungszeiten und kurz vor Ladenschluss sehr hohen Belastungen ausgesetzt. Auch Tage vor Feiertagen brauchen überdurchschnittlich viele Ressourcen. Während tagsüber die Systeme eine durchschnittliche Auslastung von 10%-20% CPU haben, kann es bei Peak-Belastungen vorkommen, dass die CPU zu 99% zum Anschlag kommt und das System im schlimmsten Fall versagt. Die Transaktion also nicht beantworten kann und somit gegenüber dem Kunden abbricht. Eine Lösung könnte so aussehen, dass bei entsprechendem Bedarf ein Teil der Belastung in eine Cloud ausgelagert wird (für diesen Fall am ehesten in eine Virtual Private Cloud, je nach Daten, die zur Verfügung stehen müssen). Ein anderes Beispiel für eine Applikation, die periodischen unvorhergesehenen Belastungsschwankungen ausgesetzt sein kann sind News-Seiten. Als Beispielsweise Michael Jackson verstarb sind einige Newsserver durch die Anfragen bis über die Grenze belastet worden, was zu einem Versagen des entsprechenden Onlinedienstes führte. Auch Ticketserver können solchen Schwankungen ausgesetzt sein. Beispielsweise haben die entsprechenden Server beim Ticketverkauf für ein U2 Konzert in Zürich den Belastungen nicht standhalten können. Bei solchen Applikationstypen kann der Weg in die Cloud durchaus seine Vorteile gegenüber einer internal IT Lösung ausspielen. Claudine Gassmann Page 10

11 Aspekt ressourcenintensive Aufgaben: Am Beispiel vom Parallelen Testing. Wie bereits mehrmals erläutert, kann sich Cloud Computing insbesondere dann lohnen, wenn man für eine kurze Zeit sehr viel mehr Ressourcen benötigt. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn man Load und Performance Tests durchführen will. Mit Cloud Computing ist es möglich, innerhalb von Sekunden eine grosse Anzahl von parallelen Benutzern zu erzeugen, die die zu testende Applikation prüfen. Auch andere Aufgaben, die parallel abgearbeitet werden können sind geeignete Kandidaten, um die Vorteile des Cloud Computing zu nutzen. Beispielsweise wenn Millionen von Files parallel nach bestimmten Mustern abgesucht werden müssen, kann die Cloud bestens genutzt werden. Aspekt Nicht-strategische Applikationen: Am Beispiel von Backup Data Storages. Ein Unternehmen muss sich nicht auf Backup-Storage spezialisieren, falls dieses nicht zu seinen Kernkompetenzen gehört. Es ist für ein Unternehmen einfacher, diese Skills von Betreibern der Cloud nutzen zu können, um solche Aufgaben aus einem Unternehmen auszulagern, die nicht zu den strategischen Eckpfeilern des Unternehmens gehören. Dank solchen Auslagerungen können interne Ressourcen (Personal und Infrastruktur) anderweitig (beispielsweise in strategischen Projekten) eingesetzt werden. Der Betreiber der Cloud dagegen kann seine Ressourcen auf den erbrachten Service spezialisieren und ihn somit effizient und wirtschaftlich den Unternehmen anbieten, die diese Tätigkeit nicht von strategischer Bedeutung sehen. Aspekt Unternehmensgrösse: Am Beispiel von FlightCaster. Flight Caster ist eine Applikation von einem Start-Up Unternehmen, die Echtzeitdaten von Flugbewegungen, Wetter etc. benötigt, um die Wahrscheinlichkeit für eine Durchführung eines Fluges respektive dessen Verspätungen berechnen zu können. Flight Caster braucht für diese Berechnungen enorme Mengen an Daten und somit relativ viel Infrastruktur, die teuer ist. Um diese Finanzierungshürde möglichst tief halten zu können bietet sich bei den Ressourcen der Weg in die Cloud an. So können Investitionskosten tief gehalten werden, die Applikation kommt rasch auf den Markt und kann sich dort beweisen. Ergebnisse aus diesen ersten Läufen können (falls erfolgreich) gut genutzt werden, um mögliche Investoren für den zukünftigen Betrieb gewinnen zu können. Als weiteres Beispiel im Bezug auf die Unternehmensgrösse wollen wir den Betrieb von Corporate Webseiten noch betrachten. Ein kleines Unternehmen mit einem Internetauftritt kann dessen Betrieb zu Beginn (insbesondere aus Kostengründen) intern betreiben. Nehmen die Anfragen und Anforderungen an diesen Internetauftritt allmählich zu, muss mehr investiert werden. Entweder man stellt somit dediziert zusätzliche Ressourcen (Personal und Infrastruktur) zur Verfügung, um diesen Ausbau vorzunehmen oder man nutzt beispielsweise die Cloud, die diese Aufgaben nämlich das Betreiben einer corporate website übernimmt. Abschliessend sei auch kurz erläutert, bei welchen Arten von Applikationen die Cloud weniger geeignet ist. Dies ist insbesondere der Fall bei legacy Systemen, die allenfalls nicht serviceorientiert implementiert wurden und die Vorteile der Cloud so nicht nutzen können, da diese auf dem serviceorientierten Ansatz aufbaut. Auch Applikationen, die an strenge Echtzeit Anforderungen gebunden sind (bspw. MRI Gehirnscans während einer Hirnoperation), sind nicht geeignet für die Cloud. Abschliessend sind auch Applikationen, die mit hochsensitiven oder vertraulichen Daten operieren (wie beispielsweise in Spitälern benötigt) nicht gute Kandidaten für die Cloud, da in der Cloud die Daten auf shared Disks zu liegen kommen. Claudine Gassmann Page 11

12 Falls die zur Diskussion stehende Applikation eine Kandidatin für die Cloud ist, stellt sich die Frage in welcher Cloud sie betrieben werden soll. Die Auswahl einer Cloud und damit verbundene Risiken werden im folgenden Kapitel erläutert. Auswahl einer Cloud und damit verbundene Risiken Wenn sich ein Unternehmen entschieden hat, in die Cloud zu gehen, stellt sich die Frage, welche Komponenten eines Service genau in die Cloud gehen und für welchen Anbieter man sich entscheidet. Die Entscheidung, was genau in die Cloud gehen soll bestimmt zu einem gewissen Grad mit, welche Anbieter in Frage kommen können. Je nachdem, ob das Unternehmen beispielsweise eine Lösung für Infrastruktur, Plattform oder aber Software Bedürfnisse sucht, rücken andere Anbieter in den Fokus. Ob alternativ zur public Cloud eine virtual oder private Cloud das geeignetere Modell ist wird bei den technischen Aspekten im nachfolgenden Kapitel näher erläutert. Im Allgemeinen ist durch einen Cloud Anbieter eine gewisse Infrastruktur vorgegeben. Dies bedeutet für Unternehmen, die in die Cloud gehen wollen immer ein gewisses Risiko zu einem Vendor-Lock-In. Das heisst, es ist nicht einfach, einen einmal gewählten Cloud Anbieter auf die Schnelle zu wechseln. Die Auswahl eines Cloud Anbieter sollte daher gut überlegt sein und auf die Bedürfnisse angepasst, welche Funktionen man in die Cloud auslagern will. Ein so genannter Vendor-Lock-In kann auf verschiedene Ebenen geschehen. Je nachdem, welche Art von Service man in Anspruch nehmen möchte (SaaS, PaaS, IaaS), ist ein Lock-In in unterschiedlicher Tiefe möglich, wie eine Übersicht von Gregor Petri in Abbildung 2 grafisch zusammenfasst. Abbildung 2: Lock-In Übersicht (Quelle [PET]) Claudine Gassmann Page 12

13 Bei dem Entscheid für einen Anbieter stellt sich auch immer die Frage, wie allfällige Risiken gedeckt werden können. Wer haftet, bei Ausfällen? Was geschieht, wenn der Anbieter beispielsweise out-of- Business geht oder von einem anderen Anbieter übernommen wird? Wem gehören dann welche Ressourcen zu welchen Bedingungen? Wie kann ein durchgängiger Betrieb weiter geleistet werden? Wie sehen die Haftungsbedingungen aus? Im Cloud Modell kommt somit dem Service-Level Agreement (SLA) eine zentrale Bedeutung zu. Über das SLA werden insbesondere Vertragsrecht, IT Sicherheit und Datenschutz, aber auch andere Rechtsbereiche geregelt 5. Ausführendere Informationen zu der Problematik Vendor-Lock-In kann dem Paper [PET] entnommen werden. Neben den hier beschriebenen wirtschaftlichen Aspekten hat Cloud Computing auch einen Einfluss auf die technischen Aspekte eines Service, der in der Cloud laufen soll: Sicherheitsanforderungen, spezielle Datenbankkonzepte, modernere Designpatterns sind einige Beispiele, welche im nachfolgenden Kapitel zu technischen Aspekten näher dargelegt werden. Damit ein Service die Vorteile einer Cloud optimal nutzen kann, muss er entsprechend designed werden. Drei der wohl bekanntesten Cloud-Patterns Sharding, Bursting, Storage - werden im Teil der technischen Aspekte näher erläutert. Technische Aspekte Im Bezug auf technische Aspekte werden zum einen die Unterschiede bezüglich Public, Private und Virtual Private Cloud erläutert. Zum anderen werden die erwähnten Design Anforderungen bezüglich Cloud-Applikationen näher untersucht und anhand von drei typischen Cloud Design-Patterns gebräuchliche Lösungsvorschläge näher beschrieben. Skepsis gegenüber Public Clouds entsteht spätestens dann, wenn es um Sicherheitsaspekte geht. Tatsächlich aber sind Cloud Provider finanziell in der Lage, sehr viel Aufwand und Geld in die Sicherheit zu investieren. Sie werden auf verschiedensten Sicherheitsstufen mehr Geld und Knowhow investieren, als es manch anderem Unternehmen möglich ist. Dies zum einen infolge der riesigen Masse von Ressourcen, die von ausgeklügelten Konzepten profitieren kann und zum anderen sicherlich auch, weil das Geschäftsmodell und somit auch der Ruf des Cloud Providers direkt von den Sicherheitsvorkehrungen abhängen: Physische Sicherheit, Sign-In, Datenzugriffe, X.509 Zertifikate, Betriebssystem Sicherheit, Netzwerksicherheit sind nur einige Punkte, in denen Cloud Provider mehr Geld und auch Wissen investieren werden, als andere Unternehmen. Nichts desto trotz gibt es Unternehmen, welche beispielsweise aus rechtlichen Gründen nicht in eine Public Cloud gehen dürfen. Alternativen bieten die Private Cloud und die Virtual Private Cloud (VPC). Die Private Cloud bietet dasselbe wie eine Public Cloud, allerdings für einen eingeschränkten Kreis von Kunden, die sich alle hinter derselben Firewall befinden. Solche Private Clouds werden in den meisten Fällen relativ klein ausfallen im Vergleich zu den klassischen Public Clouds. Sie müssen auch nicht unbedingt sicherer sein, da bezüglich Sicherheit auch bei einem eingeschränkten Nutzerkreis viel investiert werden muss. Als Beispiel für eine Private Cloud könnte man das Rechenzentrum einer Firma nehmen, welche innerhalb des Unternehmens verschiedene Kunden hat und diese mit einer Private Cloud bedient. Die Virtual Private Cloud kombiniert den Ansatz von eigenen internen Ressourcen, welche bei Bedarf lückenlos über eine VPN Verbindung Ressourcen eines isolierten Teils einer public Cloud nutzen 5 Beispielsweise muss auch die Haftung im Rahmen von Open Source Software geklärt werden. Claudine Gassmann Page 13

14 können. Dieses hybride Modell erlaubt es, ein eigenes Datencenter bei Bedarf mit weiteren, schnell verfügbaren Ressourcen, welche dediziert in einer public Cloud liegen zu kombinieren. Dabei spielt es keine Rolle, ob das eigene Datencenter als Cloud oder als traditionelles IT Modell ausgelegt ist 6. Solche hybriden Modelle stellen besondere Anforderungen an das Design und die Programmierung von Applikationen, die dann in die Cloud gestellt werden. Es stellt sich grundsätzlich die Frage, welchen technischen Anforderungen Applikationen genügen müssen, die in eine Cloud (public, private oder virtual private) hineingestellt werden. Applikationen, welche in der Cloud funktionieren, müssen vorallem skalierbar sein. Diese Anforderung muss bereits im Design berücksichtigt werden und hat weitreichende Konsequenzen insbesondere auch auf Datenbanken. Relationale Datenbanken beispielsweise stossen hier rasch an Grenzen. Partitionierungen und Replikationen können das Problem der Skalierbarkeit zwar eindämmen, allerdings kommt mit diesen Alternativen das Problem der referentiellen Integrität ins Spiel. Auch bei dem oben erwähnten hybriden Modell, in welchem eine Applikation bei Bedarf Anfragen nicht mehr nur auf den internen Servern entgegennimmt, sondern einen Teil der Anfragen an die Cloud weitergibt muss dafür designed und implementiert sein. Die nachfolgenden Patterns beschreiben, wie Architekturen für hochskalierbaren Applikationen, welche in der Cloud funktionieren aussehen können. Für Internet Scale nutze Sharding. Dieses Pattern beschreibt Applikationen, die für eine grosse Anzahl von Useranfragen ausgelegt werden. Beispiele hierfür sind Facebook oder YouTube etc. Beim Sharding wird die Datenbank in mehrere kleinere Units aufgeteilt. Die Daten liegen nicht mehr wie beim relationalen Modell in normalisierter Form, sondern in denormalisierter Form vor. Dies erspart beispielsweise teure Join Operationen. Daten, die zusammen gebraucht werden, werden auch zusammen abgespeichert. Sharding bringt dagegen relativ grosse Herausforderungen mit sich, wenn es um die Ausgeglichenheit der Datenmengen geht, dass also die Datenmengen nicht zu ungleich auf den Servern verteilt zu liegen kommen. Referentielle Integrität zu wahren ist ebenfalls schwierig. Es gibt noch sehr wenige Kenntnisse und Spezialisten, die sich mit Sharding auskennen. Unternehmen, die diese Technik nutzen sind somit meist auf sich selber gestellt. Für On-Demand Kapazität nutze Cloudbursting. Dieses Pattern beschreibt Applikationen, die zwischenzeitlich (also bei Bedarf) eine grosse Anzahl von Anfragen entgegennehmen müssen. Bei der Normalauslastung der Applikation sollen dabei nicht Ressourcen unnötig bereit stehen, die nur selten genutzt werden. Das Pattern sieht daher vor, dass im Normalfall die Applikation die verfügbaren (internen) Server gut auslastet. Bei Bedarf, kann die Applikation die Anfragen aber zusätzlich auf Server umleiten, die in der Cloud stehen (public oder auch virtual private). Die Applikation muss daher eine Art Loadbalancer vorsehen, welche die Aufgabe übernimmt, ob die Anfrage von der internen oder der cloud Infrastruktur beantwortet wird. Die Herausforderung beim Cloudbursting liegt in der Regelung der Datenzugriffe: Wo sollen beispielsweise Input- und wo Outputdaten abgelegt werden, die bei verteilten Transaktionen gebraucht werden? Für exponentiell wachsender Storage. Dieses Pattern beschreibt Applikationen, die das Potential haben, bezüglich Speicher exponentiell schnell zu wachsen. Auch wenn Speicher heute nicht mehr teuer ist, ist dessen Verwaltung nach wie vor kostenintensiv. Es bleibt die 6 Siehe auch Cloudbursting, welches später noch detailliert ausgeführt wird. Claudine Gassmann Page 14

15 Frage, ob die Zugriffszeit auf den Speicher nicht zum Engpass wird, wenn dieser extern zu liegen kommt. Die Herausforderung bei exponentiell wachsendem Storage kommt spätestens bei der Frage der Latency. Wenn Daten extern abgelegt werden, braucht der Zugriff auf diese Daten mehr Zeit. Die Performance einer Applikation kann darunter stark leiden und eine intelligente Speicherverteilung ist gefragt. Zusammenfassend bringen alle drei hier vorgestellten Ansätze neue Designlösungen, welche im Rahmen des Cloudcomputing von zentraler Bedeutung sind. Sie alle bringen aber auch ihre Schwierigkeiten mit sich, da sie von den Personen, die solche Lösungen umsetzen neue Kenntnisse und Fähigkeiten verlangen, um mit Cloud Lösungen adäquat umgehen zu können. Schlussfolgerung Cloud Computing ist nicht einfach eine neue Technologie, sondern stellt ein neues IT Betriebsmodell bereit. Die Kostenverrechnung geschieht neu nach dem Verbraucherprinzip auf einer feingranularen Stufe: Nicht mehr die Anzahl Server ist relevant, sondern die tatsächlich in Anspruch genommenen Ressourcen von Memory, CPU, Storage etc. Dieser Ansatz wird durch die Zentralisierung der Ressourcen und die Virtualisierung derselben ermöglicht. Die Möglichkeit, neue Instanzen automatisch zu erstellen respektive zu löschen erlaubt es, Ressourcen dem Bedarf entsprechend effizient nach oben, wie auch nach unten zu skalieren. Investitionskosten in Hardware, die über mehrere Jahre abgeschrieben werden kann ist nicht mehr nötig. Cloud Computing verfolgt den Ansatz, dass die benötigten Ressourcen gemietet werden. Dies erlaubt es, Investitionskosten für längerfristige Anlagen in Betriebskosten umzulagern, die je nach Gebrauch erhöht oder reduziert werden können. Wirtschaftliche Vorteile bietet das Cloud Modell insbesondere dann, wenn eine Applikation nur für eine relativ kurze, befristete Zeit verfügbar sein soll oder wenn eine Applikation starken Belastungsschwankungen ausgesetzt ist, welche die enormen Ressourcen-Kapazitäten der Cloud ondemand nutzen kann. Bei Start-Up Unternehmen können die Vorteile des Cloud Computing s genutzt werden, um hohe Initialkosten für Hardware zu ersparen. Das Start-Up kommt mit weniger Grundkapital auf den Markt und kann sich dort behaupten. Zudem stellt Cloud Computing eine interessante Möglichkeit dar, wenn ein kleines oder mittleres Unternehmen Applikationen, welche nicht zu den Kernkompetenzen der Firma gehören auslagern möchte. Technisch gesehen setzt Cloud Computing den Gedanken der Service Oriented Architecture (SOA) konsequent weiter fort. Cloud Computing stellt aber auch neue Herausforderungen an den Design von Applikationen, damit die Vorteile der Cloud richtig genutzt werden können: Neue Design- Patterns als auch Datenbankansätze sind nötig. Kenntnisse hierzu müssen im Laufe der Zeit neu entwickelt werden. Risiken beim Cloud Computing sind bei der Auswahl eines Cloud Vendors abzuschätzen. Die Gefahr eines Vendor-Lock-In muss genau analysiert werden. Fragen bezüglich Haftungen im Schadenfall müssen geprüft werden. Ebenso besteht die Gefahr, dass zu komplexe Kostenmodelle die Kostentransparenz (welche man sich durch Cloud Computing verspricht) verwässern. Aufgrund der erwähnten Vorteile im wirtschaftlichen, wie auch im technischen Bereich, lässt sich abschliessend sagen, dass Cloud Computing in den kommenden Jahren wohl an Bedeutung Claudine Gassmann Page 15

16 zunehmen wird. Der grösste Nutzen im Cloud Computing kann darin liegen, dass IT Kosten auf Komponentenlevel nach dem Verbraucherprinzip abgerechnet werden können und so Transparenz zu Tage kommt, die besser aufzeigt, warum welche Preise für Dienstleistungen gerechtfertigt sind. Dies bedingt, dass das Kostenmodell transparent ist. Weiter dürfte interessant sein, zu beobachten, wie viel Eigenkapital in Unternehmen zum Vorschein kommt, die in die Cloud gehen. Eigenkapital, das heute (in interne Hardware-Infrastruktur) gebundenes Kapital ist. Aufgrund der hier aufgeführten Vorteile sowie den möglichen Perspektiven des Cloud Computing s darf man wohl davon ausgehen, dass Cloud Computing tatsächlich ein neues IT-Zeitalter einläutet. Man darf gespannt sein, wohin sich Cloud Computing entwickelt und durch welches zukünftige Modell es in naher oder ferner Zukunft auch wieder abgelöst wird. Referenzen [ROS] J. Rosenberg, A. Mateos. The Cloud at Your Service. Manning, [PET] Gregor Petri. Vendor lock-in and cloud computing. Internet March Claudine Gassmann Page 16

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