Vorlesung "SOA Entwicklung verteilter Systeme auf Basis serviceorientierter Architekturen" 12. Cloud Computing

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1 Vorlesung "SOA Entwicklung verteilter Systeme auf Basis serviceorientierter Architekturen" 12. Cloud Computing Dr.-Ing. Iris Braun

2 Gliederung Cloud Computing Definition Architekturmodelle Kategorien Beispielsysteme Anwendungsszenarien Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 2

3 SOA - Entwicklung und Trends Einsatz von Web Services SOA Initiative Kommerzielle Service Marketplaces, Internet of Services Inhouse Integration B2B Integration Inhouse SOA Integration B2B SOA Integration Handelbare (Web) Services on-demand SOA, SaaS, Cloud-Comp. Merkmale Taktische Integrationsprojekte Fachübergreifende Initiativen Integration externer Partner IT-Service als Vertragsobjekt und bezahlte Dienstleistung Nutzung von XML/SOAP- Technologie bei Entwicklung neuer Schnittstellen IT- oder Vertriebs- Effizienz- Programme Cloud Dienste Marktplätze Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 3

4 Cloud Computing nur ein Hype? Top-10 Hightech-Trends des Jahres 2013 Cloud Computing Mobile Applikationen Big Data / Business Intelligence IT-Sicherheit Bring Your Own Device Social Media / Social Business IT-Outsourcing Business Process Management Collaboration / Enterprise 2.0 Smart Grids / Smart Metering 37% 33% 27% 22% 22% 20% 18% 16% 48% 59% Quelle: BITKOM-Branchenumfrage Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 4

5 Internet der Dienste Cloud Computing Internet of Services XaaS... as a Service Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 13. Zusammenfassung Folie 5

6 Definition: Cloud Computing Cloud Computing - Definitionen "Cloud Computing steht für einen Pool aus abstrahierter, hochskalierbarer und verwalteter IT-Infrastruktur..." "Cloud Computing umfasst On-Demand-Infrastruktur (Rechner, Speicher, Netze) und On-Demand-Software..." "Cloud Computing ist ein Modell, was eine einfache bedarfsabhängige Nutzung von konfigurierbaren Ressourcen- Pools ermöglicht. Das Modell fördert die permanente Verfügbarkeit jener Ressourcen... -> weit akzeptierte Definition des National Institute of Standards and Technology(NIST) Quelle: [1] Christian Schubert, Proseminar Verteilte Systeme WS2010 Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 6

7 Definition: Cloud Computing Cloud Computing ist. Breitbandiger Internet-Zugang Auf Abruf vom Nutzer konfigurierbar Bündelung von Ressourcen die Verwendung von nutzungsabhängig zu bezahlenden auf Abruf verfügbaren virtualisierten IT-Diensten über das Internet. Skalierbarkeit Dienstkontrolle In Anlehnung an die NIST Definition von Cloud Computing [MeGr11] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 7

8 Cloud Betreiber Modelle Private Cloud: die private Rechnerwolke Community Cloud: die gemeinschaftliche Rechnerwolke Public Cloud: die öffentliche Rechnerwolke Hybride Cloud: die kombinierte Rechnerwolke Unternehmen 1 Unternehmen 4 Unternehmen 3 Anbieter D Private Cloud Public Cloud Private Cloud Anbieter A Community Cloud Anbieter B Anbieter C Hybride Cloud Unternehmen 2 In Anlehnung an die NIST Definition von Cloud Computing [MeGr11] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 8

9 Beispiel: Hybrid Cloud Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 9 [1]

10 Cloud Architekturmodelle Nutzer/Clients Nutzerschnittstelle Software-Dienste (SaaS) Komponenten Anwendungen Maschinen- Schnittstelle Anwendungs-Dienste Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Software-as-a-Service (SaaS) Über die Cloud bereitgestellte Anwendungen Zielgruppe: Mittelstand, Privatanwender Platform-as-a-Service (PaaS) Anwendungen erstellen und in die Cloud laden Zielgruppe: Anwendungsentwickler, IT-Planer Infrastrukture-as-a-Service (IaaS) IT-Infrastruktur- und Hardwarekomponenten nutzen und verwalten Zielgruppe: IT-Abteilungen, IT-Dienstleister Physisches Ressourcen Set (PRS) Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 10

11 Software-as-a-Service Nutzer/Clients Nutzerschnittstelle Anwendungen Maschinen- Schnittstelle Anwendungs-Dienste Software-Dienste (SaaS) Komponenten Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Physisches Ressourcen Set (PRS) Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 11

12 SaaS-Beispiel:. Automatische Benachrichtigung bei neuen s (z. B. via Webbrowser) Termine verwalten s empfangen & versenden -Entwürfe verwalten Kontakte verwalten Chat mit Kontaktpersonen Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 12

13 Platform-as-a-Service Nutzer/Clients Nutzerschnittstelle Anwendungen Maschinen- Schnittstelle Anwendungs-Dienste Software-Dienste (SaaS) Komponenten Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Physisches Ressourcen Set (PRS) Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 13

14 Beispiel PaaS - Microsoft Windows Azure Cloud-basierte Plattform repräsentiert PaaS-Konzept komplett serviceorientiert als "Cloud-Layer" entworfen (Windows Server 2008 Rechenzentren) [1] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 14

15 Infrastructure-as-a-Service Nutzer/Clients EC2 & S3 Nutzerschnittstelle Anwendungen Maschinen- Schnittstelle Anwendungs-Dienste Software-Dienste (SaaS) Komponenten Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Physisches Ressourcen Set (PRS) Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 15

16 IaaS-Beispiel: Onlinedatensicherung Dateiaustausch und Datensicherung in der Cloud Zentrales Speichersystem: Amazon S3 Serverseitige AES256-Verschlüsselung Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 16

17 Architektur - technische Ebene Kontrollserver Datenserver Applikationsserver Netzwerk [1] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 17

18 Architektur - logische Ebene nach außen zentralisiert, intern stark verteilt Virtualisierung & Pooling hohe Skalierbarkeit SOA & Web Services hohe Flexibilität Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 18 [1]

19 Cloud Computing - Anwendungsszenario Logistikunternehmen Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 19 [1]

20 Cloud Computing - Beispielsysteme Vielzahl an Cloud-Plattformen v.a. durch IT-Industrie vorangetrieben Keine Standardisierung! viele IT-Konzerne vertreten Amazon - Amazon Web Services Google - Google AppEngine IBM - IBM Smart Business Microsoft - MS Windows Azure Salesforce.com - Force.com... Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 20 [1]

21 Beispielsysteme - Amazon Web Services (AWS) seit Juli 2002 komplexe Cloud-basierte Plattform Zugriff über HTTP (mittels SOAP,REST) Vielzahl verschiedener Dienste Amazon EC2: virtueller Compute-Host (IaaS) Amazon S3: File Hosting Service (IaaS)... [1] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 21

22 Beispielsysteme - Amazon Web Services (AWS) permanente Weiterentwicklung seit Nov. 2010: Amazon EC2 nutzt GPU-Cluster seit Nov. 2010: Amazon S3 bietet Multipart-Uploads Anekdoten Amazon Web Services wurde für die Konvertierung aller New York Times-Artikel von nach PDF genutzt 11 Millionen Artikel in weniger als 24 h WikiLeaks nutzte AWS (konkret: Amazon S3) Ende 2010 für deren Veröffentlichungen Amazon kündigte einseitig die Vertragsbeziehungen ohne jegliche rechtliche Grundlage! Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 22 [1]

23 Anwendungsszenario: 3D-Stadtmodellierung Virtuelle 3D-Stadtmodelle Geometrie & semantische Modellierung städtischer Raumobjekte - Klassifizierung und Beschreibung von Eigenschaften - Formale Modellierung von Bedeutung und Funktionen der Objekte Katastrophenmngt. Funknetzplanung Stadtplanung Modellierung + Erfassung + Austausch Lärmausbreitung Facility Management Architektur CityGML: Internationaler Standard des Open Geospatial Consortiums Wirtschaftsförderung In Anlehnung an [Ko08] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 23

24 3D-Stadtmodellierung & Erfassung + Modellierung + Austausch Webserver CGI-Skripte Webserver MySQL DB Herkömmlicher Webserver = unflexible Lösung HDD Backups CGI (Common Gateway Interface) = Datenaustausch zwischen Webserver und dritter Software Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 24

25 3D-Stadtmodellierung & Ausfallsicherheit und Datenbankskalierung: - Cloud-Server: Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) Instanz - Snapshots der EC2-Instanzen: Amazon EBS (Elastic Block Store) - Weitere EC2-Instanz: Amazon RDS (Relational Database Service) - Backup: Amazon S3 (Simple Storage Service) Availability Zone Amazon EC2 Webserver Data Volume Root Volume Amazon EBS CGI-Skripte MySQL DB Amazon RDS Redundante und performante Datenspeicherung & globale Datenverwaltung Buckets Backups Amazon S3 Availability Zone = von Fehlern benachbarter Zonen isolierter Bereich innerhalb einer geografischen Region Bucket = Amazon-spezifische Bezeichnung zur Organisation von Daten Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 25

26 3D-Stadtmodellierung & Hohe Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit: - Verwendung mehrerer EC2-Instanzen (Auto Scaling Group) - Zweite Availability Zone (Ausfälle z. B. durch Infrastrukturprobleme) - Verwaltung des Web-Datenverkehrs: Elastic Load Balancer Availability Zone #1 Elastic Load Balancer LB Amazon EC2 Webserver CGI-Skripte Auto Scaling Group Availability Zone #2 MySQL DB Failover Amazon RDS Synchronous Replication Bedarfsorientierte Verteilung der Last & Ausfallsicherheit bei Infrastrukturproblemen Buckets Amazon S3 Backups Standby Slave Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 26

27 3D-Stadtmodellierung & Inhalts-Caching: - Auslieferung von Inhalten via Content Distribution Network: Amazon CloudFront Effizienter & skalierbarer Zugriff auf große Datenmengen Elastic Load Balancer LB Amazon EC2 Webserver CGI-Skripte MySQL DB Amazon RDS Amazon CloudFront Auto Scaling Group media.mycity.de Distribution Buckets Amazon S3 Backups Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 27

28 IaaS: High Performance Computing Hochleistungsrechner - Berechnung, Modellierung und Simulation komplexer Systeme - Verarbeitung riesiger Datenmengen Messung Meeresströmung [Na11] Hochleistungsrechner des ZIH Intelligentes Rechennetz Wettervorhersage [We11] Strömungssimulation im Flugzeugbau [DLR09] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 28

29 Welche Vorteile bietet Cloud Computing? Kostenersparnis Leistungssteigerung Flexibilität Effizienz Verbrauchs- Höhere Standort- Ressourcen- abhängige Verfügbarkeit unabhängiger optimierung Bezahlung Keine/geringe Anfangsinvestitionen Reduzierter Wartungsauf- Verbesserte Performance Verkürzte Prozesszeit Zugriff auf Daten und Dienste Geräteunabhängiger Zugriff Vereinfachte Nutzung wand von Hard- oder Software Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 29

30 Welche Probleme ergeben sich daraus? Keine 100%ige Verfügbarkeit garantiert Mangelnde Vertrauenswürdigkeit durch Verlust der Datenhoheit Hohe Wechselbarriere (Vendor-Lock-in) Ggf. Anpassung von IT-Organisationen und Anwendungen Flexibilität, Komfort Public Hybrid Community Private Datenhoheit In Anlehnung an [MeGr11] und [BKNT10] Dr.-Ing. Iris Braun Vorlesung SOA, 12. Cloud Computing Folie 30

31 Cloud Computing - Pro/Contra Cloud Computing ist nicht nur ein Hype-Thema, sondern real! vereint vorhandene Konzepte (SOA, Grids, Utility Computing,...) Viele Industrielösungen, aber keine Standards offene Fragen (Datenschutz, Interoperabilität, QoS, SLAs,...) Vorteile Flexibilität Mobilität Kostenreduktion Skalierbarkeit Nachteile Datensicherheit Provider-Abhängigkeit proprietäre Schnittstellen Kontrollverlust Datentransfer-Engpässe Dr.-Ing. Iris Braun Folie 31

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