Einführung in Cloud Computing und SaaS

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1 Einführung in Cloud Computing und SaaS von Robert Steingräber Blockseminar: Software as a Service, Cloud Computing und aktuelle Entwicklungen Institut für Informatik 6. Fachsemester Jena Betreuer: Prof. Dr. Klaus Küspert Dipl. Inf. Andreas Göbel

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Definition Versuch einer Definition Charakteristika Klassifikationen Klassifikation nach Rollen Klassifikation nach Cloud-Arten Klassifikation nach Cloud-Angeboten Anwendungsfälle Vorteile Nachteile und Bedenken Technologie-Trends und Paradigmen Technologie Ökonomie Verbreitung und Zugänglichkeit Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis

3 1. Einleitung Im 21. Jahrhundert befindet sich die IT-Landschaft in einer völligen Transformation, weg von der statischen, hin zu einer IT, die Computer-Dienste direkt auf Nachfrage anbietet. Hierbei steht die Thematik des Cloud Computing im Mittelpunkt. Bisher hatten Organisationen und Unternehmen meist eigene Rechenzentren, um ihre spezifischen Bedürfnisse nach IT-Ressourcen wie z.b. Rechenleistung und Speicherkapazität zu befriedigen. Dabei oblag es den jeweiligen Unternehmen, alle anfallenden und nötigen Arbeiten wie die Bereitstellung der Ressourcen die Wartung und die Administration selbst zu übernehmen. Jeder arbeitete zu großen Teilen für sich alleine und musste auch in dieser Situation auf veränderte Bedingungen reagieren. Das hatte eine statische IT-Landschaft zur Folge, welche teilweise Probleme aufwies, sich auf die dynamische Geschäftswelt einzustellen. Diesem Prinzip steht das heutige Konzept des Cloud Computing gegenüber. Provider wie Amazon, Google, Microsoft oder andere machen IT-Infrastruktur, Plattformen und Anwendungen als IT-Dienste im Web sozusagen in der Cloud verfügbar. Der Nutzer dieser Cloud-Dienste hat wiederum die Möglichkeit, seine eigenen Dienste in der Cloud anzubieten. Provider und Nutzer der Dienste schließen ein gemeinsames Lizenzabkommen, die sogenannten Service-Level-Agreements (SLA), ab. Je nach Inhalt der SLA werden die Ressourcen auf Bedarf ( on-demand ) bereitgestellt und nach aktuellem Ressourcenverbrauch wie Strom oder Wasser abgerechnet. Zurzeit sind es hauptsächlich Startups, die vom Cloud Computing profitieren, aber auch bei den großen, etablierten Unternehmen existieren etliche Möglichkeiten das Cloud Computing profitabel zu nutzen. 3

4 2. Definition Für die weiteren Betrachtungen ist eine einheitliche Definition der Cloud Computing -Thematik von großer Wichtigkeit. Jedoch gibt es keine eindeutige Definition, denn jeder definiert Cloud Computing anders. Das Problem bei einer Definition besteht darin, dass vielfältige Standpunkte und Interessen der einzelnen Teilnehmer am Cloud Computing existieren. Zum Beispiel haben die Provider der IT-Infrastruktur eher eine Sicht auf die Hardware und die Technik, wohingegen die Endkunden mehr die Applikationen in den Vordergrund rücken. Im Folgenden wird daher der Versuch einer eigenen Definition unternommen, die als Grundlage für die weiteren Betrachtungen zum Thema Cloud Computing dienen wird Versuch einer Definition Vor der eigentlichen Definition müssen jedoch wichtige Begrifflichkeiten erläutert werden, auf die die Definition des Cloud Computings aufbaut. Zuerst ist das Prinzip des Software as a Service (SaaS) zu nennen. Hierbei werden Nutzern Anwendungen über das Internet bzw. Intranet zur Verfügung gestellt, die nicht lokal installiert werden, sondern auf die beispielsweise via Standard-Browser über ein Netzwerk zugegriffen werden kann. Die Cloud ist ein weiterer wichtiger Begriff und bezeichnet die Rechenzentren, welche einen Dienst zur Verfügung stellen. Diese Dienste können sowohl Anwendungen als auch IT-Ressourcen sein. Dabei ist zu unterscheiden, dass Rechenzentren, die ihren Dienst einer Vielzahl an Unternehmen bzw. Privatpersonen zur Verfügung stellen, sogenannte Public Clouds bilden, wohingegen firmeninterne Rechenzentren als Private Cloud bezeichnet werden. Das wirtschaftliche Konzept des Utility Computing, welches das Bereitstellen einer IT- Ressource bzw. eines Dienstes, der je nach Verbrauch abgerechnet wird, betitelt, ist ebenfalls eine wichtige Definitionsgrundlage. Teil des Utility Computing ist das Modell des Business-on-Demand. Dieses besagt, dass Ressourcen bzw. Dienste immer genau nach Bedarf bereitgestellt werden. Nun sind die Grundlagen für die im Anschluss folgende Definition gelegt. 4

5 Vereinfacht gesagt ist Cloud Computing die Möglichkeit, das Internet (Cloud) zu nutzen, um Datenverarbeitung (Computing) zu betreiben. Dabei liegen die Ressourcen nicht mehr bei dem Endnutzer, sondern sind über das Internet weltweit verfügbar. Cloud Computing ist nicht nur die Summe aus Software as a Service und Utility Computing [AFG 09], sondern geht auch noch darüber hinaus. Somit wird Cloud Computing als das Anbieten oder Bereitstellen von Diensten jeder Art (Anwendungen oder IT-Ressourcen) über das Internet, die je nach Bedarf bereitgestellt und je nach Verbrauch bezahlt werden, definiert. Die technische Grundlage ist dabei eine virtuelle und hochskalierbare Infrastruktur auf Seiten des Anbieters bzw. Providers Charakteristika Weiterhin weist das Cloud Computing ganz klare Charakteristika auf, die es auszeichnen. Ein solches Charakteristikum ist der On Demand Selfservice, das heißt der Kunde kann automatisch, ohne direkte Interaktion mit dem Provider, Kapazitäten bzw. Ressourcen wie Serverzeit oder Netzwerkspeicher je nach Eigenbedarf erhalten. Wie oben erwähnt sind die Dienste bzw. ist die Cloud über das Internet verfügbar. Da große Datenmengen transferiert werden, ist der Breitbandzugriff ein essentielles Merkmal des Cloud Computing. Das dritte Merkmal ist die Tatsache, dass der Provider seine IT-Ressourcen in Rechenzentren, den sogenannten Ressourcen-Pools, konzentriert, um mehrere Kunden zu bedienen. Dabei werden verschiedene virtuelle und physische Ressourcen benutzt, um dynamisch auf die Kundennachfrage zu reagieren. Der Kunde hat hierbei jedoch keine Kontrolle bzw. kein Wissen über die Ressourcen in den Pools. Das Ressourcen-Pooling sorgt für das wahrscheinlich wichtigste Merkmal: die Skalierbarkeit. Durch Pooling ist es nämlich möglich die Ressourcen und die Dienste, die ein Kunde erhält, innerhalb kürzester Zeit zu erhöhen bzw. zu erniedrigen (zu skalieren). Beispielsweise können einem Kunden sehr schnell weitere virtuelle Server zugewiesen werden, um einen erhöhten Bedarf auszugleichen. Ebenfalls besteht die Möglichkeit die Ressourcennutzung, durch Messung der aktuell genutzten Kapazitäten, zu kontrollieren und zu optimieren. Solche Maßeinheiten sind 5

6 z.b. der Speicherbedarf, die Rechenleistung oder die Bandbreite. Daher kann die Nutzung komplett überwacht, kontrolliert und aufgezeichnet werden, was eine völlige Transparenz sowohl auf Seiten des Providers als auch auf Seiten des Kunden zur Folge hat und die Abrechnung im Sinne des Utility Computing begünstigt. Somit ist der sogenannte Messbare Dienst ein weiteres Charakteristikum des Cloud Computing. Die eben genannten Merkmale: der On Demand Selfservice, der Breibandzugriff, das Ressourcen-Pooling, die Skalierbarkeit und der Messbare Dienst, werden in den späteren Betrachtungen dieser Ausarbeitung wieder aufgegriffen und dienen beispielsweise als Grundlage der Vorteile des Cloud Computing. Als nächstes wird jedoch zuerst auf unterschiedliche Klassifikationen im Bereich des Cloud Computing eingegangen. [BM 09] 3. Klassifikationen Im Cloud Computing existieren Klassifikationen nach verschiedenen Gesichtspunkten. Eine unterscheidet nach den unterschiedlichen Arten von Clouds, die andere differenziert anhand von Service-Modellen bzw. vielfältigen Cloud-Angeboten und noch eine weitere betrachtet die Unterschiede zwischen den einzelnen Beteiligten. Letztere klassifiziert anhand der unterschiedlichen Aufgaben und Funktionen der Cloud Computing-Teilnehmer und ist Thema des folgenden Abschnittes Klassifikation nach Rollen Die Beteiligten am Cloud Computing werden in drei unterschiedliche Rollen aufgeteilt: Provider, Anbieter und Nutzer. Der Provider stellt IT-Infrastruktur bzw. Ressourcen wie Rechenleistung, Speicherkapazität, Bandbreite oder Programmierumgebungen bereit. Die Bereitstellung umfasst auch die Wartung, teilweise die Administration, die Verwaltung etc. Meist be- 6

7 sitzt der Provider riesige Rechenzentren, um den enormen Anforderungen an benötigten Kapazitäten gerecht zu werden. Anfang 2000 haben viele große Unternehmen wie Amazon, Google oder Microsoft den Schritt hin zum Cloud Provider gewagt. Beispielsweise besaß Amazon große Rechenzentren, um seine Hauptgeschäfte abzuwickeln, welche jedoch nur zu den Stoßzeiten an Weihnachten oder Thanks Giving ausgelastet waren und im Rest des Jahres teilweise ungenutzt blieben. Also bestand die Möglichkeit, die ungenutzten Ressourcen in der Cloud für die Öffentlichkeit anzubieten und dabei noch ein profitables Nebengeschäft zu betreiben. Der Anbieter ist sowohl Nutzer der Cloud als auch Provider in der Cloud, d.h. er nutzt in der Regel die Cloud, um Webanwendungen zu entwickeln. Dafür erhält er aus der Cloud die Ressourcen und IT-Infrastruktur, um auf ihnen zu entwickeln. Diese entwickelten Anwendungen bietet er nun wiederum als Service in der Cloud an, sogenanntes Software as a Service. Eine Ausnahme stellt der Fall dar, dass der Anbieter der Anwendungen eine eigene Infrastruktur nutzt, um diese zu entwickeln und bereitzustellen. Dabei ist der Anbieter gleichzeitig Provider. Für den Anbieter besteht die Möglichkeit, dass er nicht zwangsweise ein eigenes Rechenzentrum benötigt, um Software zu entwickeln, sondern die Ressourcen der Provider nutzen kann. Der Nutzer nutzt die Anwendungen des Anbieters und profitiert von der angebotenen Software, da er keine eigenen Kapazitäten benötigt. Lediglich ein Internetzugang wird für den Zugriff, meist über einen einfachen Browser, auf die Webanwendung benötigt. Daher ist der Zugang auch von überall möglich, wo eine Verbindung zum Internet besteht. Dieser Zugriff kann auf unterschiedliche Arten von Clouds erfolgen, die im Folgenden erläutert werden. [AFG 09] Klassifikation nach Cloud-Arten Es existieren vier wesentliche Arten von Clouds: die Public, die Private, die Hybrid und die Community Cloud. Bei der Public Cloud macht der Provider bzw. Anbieter seine Ressourcen öffentlich verfügbar. Dabei gehören Anbieter bzw. Provider und potenzielle Nutzer nicht der- 7

8 selben organisatorischen Einheit, also beispielsweise einer Firma oder einer Organisation, an. Der Gegensatz zu diesem Ansatz ist die Private Cloud. In diesem Fall ist die Cloud nur für eine einzelne Organisation verfügbar, was zugleich bedeutet, dass Anbieter bzw. Provider und Nutzer derselben organisatorischen Einheit angehören. Hauptargument für die Verwendung einer Private Cloud ist der Sicherheitsaspekt, dass kritische Daten, wie Produktionsdaten oder personenbezogene Daten nicht nach außen gelangen. Zwischen der Public und der Private Cloud existiert noch eine weitere Form der Clouds, die sogenannte Hybrid Cloud. Dies ist die Verbindung von einer Public und einer Private Cloud über standardisierte und geschützte Technologien. Dabei können die Dienste aus beiden Clouds verwendet werden bzw. Daten oder Inhalte der Private Cloud in der Public Cloud publik gemacht werden oder umgekehrt Daten aus der Public Cloud in die Private Cloud verlagert werden. Ein Beispiel für die Verwendung von Hybrid Clouds ist die Auslagerung von Lastspitzen in die Public Cloud, während der Normalbetrieb in der Private Cloud abläuft. Die Community Cloud, welche einen Spezialfall der Public Cloud bildet, ist die letzte Art von Clouds, bei der die Infrastruktur der Public Cloud von mehreren Organisationen geteilt wird. Diese unterstützt eine spezielle Gemeinschaft mit gemeinsamen Interessen, z.b. zwei Universitäten mit dem gleichen Forschungsprojekt. [BKNT 10] Klassifikation nach Cloud-Angeboten Neben der Klassifikation nach Rollen und Arten gibt es ebenfalls eine Unterscheidung nach Angeboten im Cloud Computing. Dabei wird nach Angeboten für Systemarchitekten, dem Infrastructur as a Service (IaaS), nach Angeboten für Entwickler, dem Platform as a Service (PaaS), und den Angeboten für die Endkunden, dem sogenannten Software as a Service (SaaS), unterschieden. Beim IaaS werden dem Kunden Ressourcen in Form von Rechenleistung, Speicher, Netzwerk usw. zur Verfügung gestellt, auf die er eine abstrahierte Sicht hat. Der Systemarchitekt kontrolliert hierbei Betriebssysteme, Speicher und eingesetzte Anwen- 8

9 dungen, jedoch nicht die zugrundeliegende Infrastruktur. Zur Verwaltung der Ressourcen hat der Kunde eine Benutzerschnittstelle, welche ihm die Ressourcen entweder physisch oder virtuell präsentiert. Weit verbreitet ist dabei die virtuelle Präsentation, aber auch eine Präsentation der Hardware ist denkbar, z.b. bei Anwendungen mit ganz bestimmten Hardware-Anforderungen. Zu den Vorteilen und Gründen der Verwendung virtualisierter Hardware wird im Kapitel 7.1. dieser Ausarbeitung detailliert Bezug genommen. Im Modell des PaaS wird dem Kunden eine Cloud-Plattform zur Verfügung gestellt, welche bestimmte Programmiersprachen unterstützt und Tools bereitstellt, mit denen der Entwickler seine eigenen Anwendungen entwerfen kann. Der Entwickler kontrolliert hierbei nur die gesetzten Anwendungen, aber nicht die darunterliegende Infrastruktur. Zur Entwicklung werden ihm meist eine Programmierumgebung und eine Ausführungsumgebung bereitgestellt. Im Gegensatz zu den bereits dargestellten Angeboten richtet sich SaaS an den Endkunden. Ihm wird eine Anwendung zur Verfügung gestellt, die in der Regel auf der Cloud-Infrastruktur läuft, wobei der Endkunde keine Kontrolle über Infrastruktur, Ressourcen, etc. besitzt. Diese Anwendung ist von überall, meist mittels Standardbrowser, erreichbar. Die Anwendungen werden in der Regel auf Basis eines PaaS oder IaaS Angebotes entwickelt. Die Ausnahme bildet hierbei der schon oben erwähnte Fall, dass die Rolle des Anbieters und des Providers zusammenfallen, der Entwickler der Anwendungen somit über eine eigene Infrastruktur verfügt und nicht auf die Cloud angewiesen ist. SaaS bietet zwei Hauptangebote, zum einen die Application Services, deren Funktionalität meistens aus einer einfachen Applikation besteht wie z.b. Google Maps oder Applikationen für soziale Netzwerke. Zum anderen die Applications, welche eine höhere Komplexität und einen größeren Funktionsumfang bieten wie beispielsweise Google Docs oder Microsoft Office Live. Weiterführende Informationen und detaillierte Erläuterungen (zu ausgewählten Angeboten) zu diesen drei Cloud-Angeboten finden sich in [BKNT 10]. [BM 09] [BKNT 10] 9

10 4. Anwendungsfälle Es werden nun zwei Anwendungsbeispiele aufgezeigt, in denen Cloud Computing genutzt wurde und die beispielhaft für die Anwendungsmöglichkeiten sind, die das Cloud Computing mit sich bringt. Der erste Fall beschäftigt sich mit dem Times Machine -Projekt der New York Times, welches die Veröffentlichung von ca. 6 Millionen Artikeln, die seit 1851 erschienen waren, als Dokument im PDF-Format im Web zum Ziel hatte. Diese Artikel hatten zusammen ein Datenvolumen von ungefähr 4 Terabyte. Zuerst wurde der Versuch unternommen, dieses Projekt auf konventionellem Wege mit Hilfe eigener Infrastruktur zu verwirklichen. Berechnungen ergaben, dass neue Server hätten angeschafft werden müssen, die 8 Monate gerechnet hätten, bis das Projekt abgeschlossen gewesen wäre. Daraufhin wurde sich für die Nutzung von Servern des Elastic Compute Cloud Angebotes von Amazon, welche lediglich ein Wochenende rechneten und in diesem Zeitrahmen nur 25 $ kosteten, entschieden. Dieser Anwendungsfall zeigt sehr gut auf, dass Cloud Computing zum Beispiel viele Möglichkeiten im Bereich von Batchprozessen, also der Verarbeitung großer Datenmengen, liefert. Das Charakteristikum des schnellen Skalierens ist im zweiten Anwendungsfall, des Unternehmens Animoto, von zentraler Bedeutung. Hier musste eine hohe Nachfrage durch Endnutzer in kürzester Zeit bewältigt werden. Animoto bietet einen Videodienst über das Internet an, welcher aus Bildern und Musik animierte Videos erstellt. Bei der Vernetzung mit Facebook kam es innerhalb kürzester Zeit zu einer enormen Nachfrage. Stündlich mussten ca neue Nutzer bewältigt werden, was dem Hundertfachen der aktuell verwendeten Ressourcen entsprach. Die anfänglich 50 Server hätten dieser Last nicht standgehalten, jedoch konnte die schnelle Skalierbarkeit von EC2 genutzt werden, um die dramatische Usernachfrage zu bewältigen. So wurde über drei Tage hinweg von 50 auf 3500 Server hochskaliert und dies ohne größere Komplikationen. [C 09] [BKNT 10] 10

11 5. Vorteile Die beiden Anwendungsfälle zeigen, dass Cloud Computing vielfältige Möglichkeiten und Vorteile bietet, um sich an die heutige Geschäftswelt anzupassen. Ein Vorteil des Cloud Computing ist das Bezahlen nach Verbrauch. Ressourcen wie Rechenleistung oder Speicher werden zu einem Gebrauchsgut wie Strom oder Gas, deren Preis auf Basis direkter Nutzung und nicht auf Basis festgelegter Kapazitäten beruht. Aus diesem Grund wird immer nur für die Ressourcen bezahlt, die verbraucht werden, ohne zwangsweise ungenutzte Kapazitäten mitbezahlen zu müssen. Einen weiteren Vorteil stellt die Möglichkeit dar, Kapitalkosten in Betriebskosten umzuwandeln. Dies bedeutet, dass ein Unternehmen für die Errichtung eines Dienstes keine IT-Infrastruktur mehr aufbauen muss, sondern die Infrastruktur der Cloud verwenden kann. Somit werden die Kapitalkosten, wie die Kosten für die Errichtung des Rechenzentrums, der Gebäude etc. eingespart und es müssen nur die Betriebskosten, in denen z.b. die Kosten für die Verwendung des Cloud-Angebotes stecken, aufgebracht werden. Desweiteren werden außer den Kapitalkosten ebenfalls die Betriebskosten für die benötigte IT-Infrastruktur wie z.b. Wartung, Administration oder Energiekosten eingespart, da der Provider der genutzten Infrastruktur dafür aufkommt und Sorge trägt. Jedoch wird dieser scheinbar enorme Vorteil dadurch relativiert, dass bei der Umwandlung von Kapital- in Betriebskosten ein Risiko durch zu hohe Betriebskosten besteht. Nicht nur die eigentlichen Kosten der Cloud- Infrastruktur fließen in die Betriebskosten ein, sondern auch Kosten für Schulung der Mitarbeiter oder die Integration der genutzten Infrastruktur in die Unternehmensabläufe und struktur fallen darunter. Das Risiko ist, dass durch zu hohe Betriebskosten die Kapitalkosten auf lange Sicht überstiegen werden und Verluste entstehen. Trotzdem bietet die Umwandlung einen Vorteil: Der zukünftige Erfolg des Dienstes bzw. des Unternehmens ist sehr schwer einzukalkulieren und somit ist es auch fast unmöglich, eine korrekte Planung der benötigten on-premise Kapazitäten durchzuführen. Dadurch besteht die Gefahr, viel mehr zu investieren, als später wirklich benötigt wird. Unter Verwendung von Cloud Computing kann die Infrastruktur beinahe ohne jegliches Kapital bezogen werden. Außerdem sind die Betriebskosten flexibel und 11

12 erfolgsabhängig. Demnach ist es vom jeweiligen Unternehmen abhängig, ob es diesen Vorteil des Cloud Computing für sich gewinnbringend nutzen kann oder nicht. Dabei spielen viele Faktoren eine Rolle wie z.b. die bestehende IT-Landschaft des Unternehmens oder die maximale Entwicklungszeit für einen Dienst. Beispielsweise nehmen etablierte Unternehmen teils höhere Betriebskosten bewusst in Kauf, um einen neuen Dienst einzurichten, ohne gleich eine komplett neue Infrastruktur (für diesen) errichten zu müssen. Ein weiterer Vorteil des Cloud Computing ist die zentrale Verwaltung der Infrastruktur bzw. Anwendungen. Da diese zentral beim Provider bzw. Anbieter und nicht beim Endkunden lokal liegen, ist eine stark vereinfachte Verwaltung möglich, die z.b. die Versionierung, die Wartung oder die Administration umfasst. Die Skalierbarkeit ist der wohl entscheidendste Vorteil des Cloud Computing, denn sie erlaubt das Hinzufügen und Entfernen von Ressourcen in einem ganz feinen Granulat, beispielsweise ein Server oder ein Gigabyte Arbeitsspeicher. Dies kann innerhalb weniger Minuten geschehen und ermöglicht die perfekte Anpassung an die aktuelle Workload. Im schlimmsten Fall müsste man bei der Verwendung eines eigenen Rechenzentrums, um auf die veränderte Workload zu reagieren, ein weiteres Rechenzentrum errichten bzw. das bestehende ausbauen. Dies würde von Planung bis Fertigstellung mindestens ein Jahr benötigen und würde nicht tragbar sein. Somit erlaubt Cloud Computing durch die Skalierbarkeit eine hohe Flexibilität, sich an die heutige, sich schnell verändernde, Geschäftswelt anzupassen. Ein Beispiel für die Ausnutzung dieses Vorteiles ist der erwähnte Anwendungsfall Animotos. Ein weiterer Aspekt, den die Skalierbarkeit mit sich bringt, ist die Reduzierung des Risikos, die später anfallende Workload und damit die benötigten Kapazitäten falsch einzuschätzen, da auf jede erdenkliche Workload reagiert werden kann. Natürlich bietet das Cloud Computing noch weitere Vorteile, deren Erläuterung den Rahmen dieser Ausarbeitung übersteigen würde. Genaueres zu weiteren Vorteilen und neuen Anwendungsmöglichkeiten ist in [AFG 09] sowie [C 09] nachlesbar. [AFG 09] [C 09] 12

13 6. Nachteile und Bedenken Cloud Computing besitzt natürlich nicht nur Vorteile, sondern hat auch einige Nachteile. Jedoch bestehen für alle Nachteile Möglichkeiten bzw. Ansätze, diese zu beseitigen. Teilweise sind sie noch Teil der Forschung, teilweise aber auch schon in der Praxis umgesetzt. Im Folgenden wird daher näher auf einige Hauptnachteile und deren Behebungsmöglichkeiten eingegangen. Ein erster Nachteil ist, dass eine hundertprozentige Verfügbarkeit eines Dienstes nicht gewährleistet werden kann, da Ausfälle immer auftreten können, jedoch die Forderung nach ständiger Verfügbarkeit des Dienstes besteht. Eine mögliche Lösung wäre, mehrere Provider zu nutzen, um den Ausfall eines Providers verkraften zu können und so die Verfügbarkeit zu gewährleisten. Aufgrund eines anderen Nachteiles ist dies in der Praxis aber nicht so leicht umsetzbar. Denn die Schnittstellen zwischen den Clouds und den Anwendungen sind häufig nicht standardisiert und man bindet sich somit an den jeweiligen Provider. Dieses Problem wird auch als Lock- In bezeichnet. Zum Beispiel bindet sich ein Entwickler bei der Nutzung von Platform as a Services an die spezifische Struktur des Providers. Durch diese starke Bindung ist ein Wechsel zwischen zwei Providern nicht ohne einen sehr hohen Aufwand möglich. Ebenso ist das gleichzeitige Betreiben einer Anwendung bei zwei Providern zur Verfügbarkeitssicherung enorm schwierig, da eine Anwendung auf zwei, teils völlig unterschiedliche, Strukturen abgestimmt werden muss. Möglichkeiten um diesen Nachteil zu unterbinden, wären zum einen standardisierte Schnittstellen und zum anderen das Ermöglichen einer Plattformunabhängigkeit. Einer der am häufigsten genannten Nachteile und einer der Hauptgründe für Kritiker gegen das Cloud Computing ist die Sicherheit der Daten in einer Public Cloud. Clouds sind öffentlich zugänglich und daher sehr anfällig für Attacken von außerhalb. Desweiteren liegen persönliche und sicherheitskritische Daten in Rechenzentren weit entfernt vom eigentlichen Datenhalter. Es existieren einige Lösungsansätze, z.b. die Verschlüsselung vor der Versendung der Daten in die Cloud oder die Nutzung virtueller privater Netzwerke (VPN), jedoch bürgen diese Ansätze wiederum auch Nachteile, die zu beachten wären. Die Beachtung und Gewährleistung der Si- 13

14 cherheit ist also ein sehr komplexes Feld und bildet noch einen erheblichen Nachteil, über dessen Lösung ausführlich in [BM 09] diskutiert wird. Einen erheblichen Nachteil stellt der sogenannte Flaschenhals des Cloud Computing dar, nämlich der Datentransfer. Anwendungen werden immer datenintensiver, wie am Beispiel der New York Times zusehen war. Jedoch ist die Breitbandtechnologie noch nicht so ausgereift, dass sie diesen Anforderungen gewachsen wäre und von daher ist das Versenden von Daten zur Verarbeitung in die Cloud ein sehr langwieriger (und daher auch kostspieliger) Prozess. Beispielsweise würde das Versenden von 10 Terabyte über eine 20 MBit/Sek Breitbandverbindung 45 Tage dauern [AFG 09]. Es ist ersichtlich, dass die Nachteile nicht an der Rechenleistung oder am verfügbaren Speicher liegen, denn diese sind alle in enormen Mengen in der Cloud vorhanden. Eher sind sie in der Versendung der Daten in die Cloud zu sehen. Es existieren wenige Ansätze, um dieses Problem einzudämmen. Ein Ansatz wäre das Verschicken der Daten via Lieferservice mitsamt dem Speichermedium. Dieser eher unkonventionelle Ansatz ist durchaus in manchen Bereichen lohnenswert, z.b. könnte das vorhin genannte Beispiel der 10 Terabyte an Daten innerhalb eines Tages und nicht innerhalb von 45 Tagen bewältigt werden. Jedoch birgt es auch große Probleme. Solche wären beispielsweise, dass nicht alle Entfernungen wirtschaftlich per Lieferservice überbrückt werden können oder dass keine Garantie der Speicherhersteller für solch eine Transportart besteht. Ein weiterer Lösungsansatz wäre es, die Daten in der Cloud zu belassen. Dadurch wäre nur der einmalige Transport von Nöten, aber auch hier entstehen wiederum andere Nachteile, wie die Frage des Sicherheitsaspektes oder der Verfügbarkeit. Wie zu erkennen ist, existieren vielfältige Nachteile mit ebenso vielfältigen Lösungsmöglichkeiten im Cloud Computing. Eine ausführliche Betrachtung der Nachteile und der Ansätze ihrer Behebung findet sich in [AFG 09]. [BYV 09] [AFG 09] [BM 09] 14

15 7. Technologie-Trends und Paradigmen Bei der Betrachtung der Cloud Computing -Thematik müssen neben der Erläuterung von Vor- und Nachteilen auch die Technologie-Trends und Paradigmen beachtet werden, die die Grundlage des Cloud Computings bilden und es in seiner aktuellen Form erst ermöglichen. Dabei kann zwischen technologischen Grundlagen, ökonomischen Aspekten und der Verbreitung bzw. Zugänglichkeit unterschieden werden. In diesem Kapitel werden die einzelnen Grundlagen etwas näher beleuchtet, beginnend mit den technologischen Voraussetzungen Technologie Die technologischen Grundlagen bilden im Wesentlichen drei Hauptvoraussetzungen. Diese sind zum einen die Cluster-Technologie, zum anderen das Grid- Computing und letztendlich die Virtualisierung. Ein Cluster besteht aus einer Gruppe von miteinander vernetzten eigenständigen Computern (Knoten), die sich wie ein einheitlicher Uniprozessor verhalten. Dabei ist die Art der Knoten beliebig (PC, Workstation, Server, etc.) [BBKS 08]. Diese Technologie befriedigt das Bedürfnis, einen immer größer werdenden Einsatz von Rechenleistung, Speicherkapazität und Datendurchsatz zu ermöglichen. Aus diesem Grund bildet es auch eine wichtige Grundlage im Cloud Computing, da diese Technologie in großem Umfang in riesigen Rechenzentren zum Einsatz kommt, um die enormen Anforderungen von vielen parallelen Nutzern durch gewaltige Rechenleistung bewältigen zu können. Somit ist die Cluster-Technologie die Schlüsseltechnologie des Cloud Computing. Der Hauptvorteil von Clustern ist ihre hohe Flexibilität und die daraus resultierende hohe Skalierbarkeit. Zumeist können Knoten sehr schnell hinzugefügt, abgezogen oder, im Fall eines Ausfalles, ersetzt werden. Dadurch wird eine Flexibilität in der Erreichbarkeit möglich, was einen Hauptaspekt des Cloud Computing begünstigt, nämlich die dynamische Skalierung je nach Bedarf. 15

16 Eine weitere Technologie, die das Cloud Computing begünstigt, ist das sogenannte Grid Computing. Grid Computing ist eine Technik zur Integration und gemeinsamen, institutionsübergreifenden, ortsunabhängigen Nutzung verteilter Ressourcen auf Basis bestehender Kommunikationsinfrastrukturen, wie z.b. dem Internet [BBKS 08]. Also bietet das Grid-Computing ein Netz aus verteilten Ressourcen, die gemeinsame Rechenleistung oder Dienste anbieten, die von überall nutzbar sind. Genau diese Tatsache beschreibt in der Art ebenfalls das Modell des Cloud Computing, jedoch ist Grid Computing eine Technologie für die Vernetzung von Rechnern, wohingegen Cloud Computing sowohl die Technologie als auch das Geschäftsmodell umfasst. Der Hauptunterschied zwischen einem Grid und einer Cloud ist ihr Verwendungszweck. Das Grid Computing wird im wissenschaftlichen Umfeld, somit für aufwendige Berechnungen, Verarbeitung großer Datenmengen, etc., verwendet, wohingegen Cloud Computing im wirtschaftlichen Umfeld für Outsourcing, Kosteneinsparung, Verarbeitung vieler einfacher Client-Anfragen usw. zur Anwendung kommt. Neben Cluster- und Grid-Computing existiert noch ein dritter Technologieaspekt, die Virtualisierung. Die Idee der Virtualisierung ist, dass Ressourcen in Pools zusammengefasst werden und dadurch gemeinsam verwaltbar sind. Aus diesen Pools können dann, je nach Bedarf, Anforderungen der Nutzer befriedigt werden. Wie schon erwähnt bildet die Virtualisierung eine Kerntechnologie für das Cloud Computing, da sie eine abstrakte bzw. logische Sicht auf die physischen Ressourcen, wie Server, Datenspeicher, Netzwerke und Software erlaubt und somit der Nutzer der Cloud sich keine Gedanken über die physischen Ressourcen und deren Verwaltung machen muss, sondern seine Anwendungen entwickeln bzw. nutzen kann, ohne die zugrundeliegende Infrastruktur zu kennen. Weiterführende Informationen zu diesen drei Haupttechnologien bzw. anderen Technologien des Cloud Computings finden sich in [BBKS 08] und [BKNT 10]. [BBKS 08] [G 09] Ökonomie Neben den technologischen Grundlagen sind auch die wirtschaftlichen Grundlagen von großer Bedeutung. 16

17 Das Konzept des Utility Computings bildet das wirtschaftliche Hauptparadigma, welches das Cloud Computing ermöglicht. Dies sind Technologien und Geschäftsmodelle, mit denen ein Service-Provider seine IT-Leistungen in Form von Diensten, wie z.b. Serverkapazitäten oder Applikationen, zur Verfügung stellt. Diese Dienste werden im Umfang je nach Bedarf bzw. Nachfrage zur Verfügung gestellt ( Business-On-Demand ) und je nach Verbrauch abgerechnet ( pay per use ). Die mindestens bzw. höchstens zugeteilten Ressourcen und deren Kosten werden in den sogenannten Service-Level-Agreements (SLA) festgehalten. Utility Computing setzt den wichtigen Vorteil des Cloud Computings: die freie Skalierbarkeit als Grundlage voraus, um das Business-On-Demand -Modell und daraufhin die hohe Flexibilität sich auf die schwankenden Marktbedingungen anzupassen zu ermöglichen. Ein weiterer wirtschaftlicher Aspekt, der das Cloud Computing begünstigt, ist der Preisverfall und gleichzeitig die Leistungsexplosion der Hardware. Das heißt Hardware wird immer leistungsfähiger und im gleichen Atemzug auch immer kostengünstiger, was natürlich den Auf- und besonders den Ausbau der riesigen Rechenzentren begünstigt, die so essentiell für das Cloud Computing sind. Ebenfalls gibt es auch bei den wirtschaftlichen Grundlagen viele weitere Erläuterungen und Paradigmen, die in [BBKS 08] und [BKNT 10] diskutiert werden. [BBKS 08] [BKNT 10] Verbreitung und Zugänglichkeit Neben den technologischen und wirtschaftlichen Grundlagen ist der Internetzugang eine weitere Grundlage, welche das Cloud Computing ermöglicht, da die Cloud nur über das Internet bzw. Intranet erreichbar ist. Es existieren zwei Arten des Internetzuganges. Dies sind zum einen der Schmalbandzugang über Modem oder ISDN mit bis zu 128 kbits/sek und zum anderen der Breitbandzugang über DSL ab 128 kbits/sek mit heutzutage bis zu 50 MBits/sek. Für private Nutzer bietet die UMTS- Technologie, also der mobile Internetzugang, eine weitere Zugriffsmöglichkeit. Wie schon in den Charakteristika erwähnt ist der Breitbandzugang für das Cloud Computing essentiell, um die riesigen anfallenden Datenmengen in akzeptabler Zeit zu transferieren. Ab dem Jahr 2000 wurde der zuvor vorherrschende Schmalbandzugang 17

18 immer weiter vom Breitbandzugang abgelöst. Heute gibt es großflächig angebotene Breitbandzugänge mit Flatrates, die auch privaten Nutzern ermöglichen, die Dienste des Cloud Computing zu Hause zu nutzen und somit eine wichtige Basis für die Verbreitung des Cloud Computings bilden. Eine weitere Grundlage ist die wohl wichtigste Innovation des Internets der letzten Jahre, das Web 2.0 und die zur gleichen Zeit aufkommende Möglichkeit diverse Dienste, über die sogenannten Webservices, im Internet anzubieten. Außerdem erlaubt das Social Web die Kommunikation und Zusammenarbeit mehrerer Nutzer, da der Nutzer gleichzeitig Leser und Schreiber ist. Das bekannteste Beispiel hierfür ist Wikipedia. Und zu guter Letzt stellt das Web 2.0 eine Programmierplattform im Web zur Verfügung, welche ebenfalls die Erstellung neuer Softwareapplikationen begünstigt. [BBKS 08] [G 09] 18

19 8. Zusammenfassung und Ausblick Cloud Computing kann eine völlige Änderung der IT-Landschaft, weg vom statischen, hin zum dynamischen Computing bewirken. Dabei hat es das Potenzial denselben Einfluss auf die Software-Industrie zu haben, wie die Halbleitertechnologie es auf die Hardware-Industrie hatte. Es erfüllt das Bedürfnis der Wirtschaft, Services direkt per Internet an den Kunden zu liefern. Früher benötigte es Jahre bis ein Unternehmen auf mehrere Millionen Kunden angewachsen ist, heute kann dies innerhalb weniger Monate geschehen [AFG 09]. Natürlich muss sich die IT-Landschaft in der Zukunft noch deutlich verändern, um dem Cloud Computing perfekt zu entsprechen, jedoch bietet es schon jetzt viele Möglichkeiten und ein sehr großes Potenzial. Aber genauso wie es viele Vorteile erbringt, so bürgt es auch noch viele Risiken und Probleme, angeführt von der omnipräsenten Thematik der Sicherheit und dem Misstrauen der etablierten Unternehmen. Wo der Weg für das Cloud Computing hinführt ist noch völlig unklar. Wird es die Risiken und Probleme überwinden und eine völlige Transformation der jetzigen IT- Landschaft auslösen oder ist es nur ein aktueller IT-Trend, der irgendwann im Sande verlaufen wird? Eins ist Gewiss: So oder so ist Cloud Computing heutzutage in aller Munde und wird noch für einige Zeit viel Diskussionsstoff liefern. 19

20 9. Literaturverzeichnis [AFG 09] Michael Armbrust, Armando Fox, Rean Griffith et al. Above the Clouds: A Berkeley View of Cloud Computing, UC Berkeley Reliable Adaptive Distributed Systems Laboratory, Berkeley, USA, [BBKS 08] Günther Bengel, Christian Braun, Marcel Kunze und Karl-Uwe- Stucky. Masterkurs Parallele und Verteilte Systeme. Grundlagen und Programmierung von Multicoreprozessoren, Multiprozessoren, Cluster und Grid, Vieweg + Teubner, Wiesbaden, Deutschland [BKNT 10] Christian Braun, Marcel Kunze, Jens Nimis und Stefan Tai. Cloud Computing: Web-basierte dynamische IT-Services, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, Deutschland, [BM 09] Glenn Brunette und Rich Mogull. Security Guidance for Critical Areas of Focus in Cloud Computing V2.1, Cloud Security Alliance, [BYV 09] Rajkumar Buyya, Chee Shin Yeo und Srikumar Venugopal. Market- Oriented Cloud Computing: Vision, Hype and Reality for Delivering IT Services as Computing Utilities, Grid Computing and Distributed Systems (GRIDS) Laboratory, University of Melbourne, Melbourne, Australia, [C 09] Mache Creeger. Cloud Computing: An Overview, ACM, New York, USA, [G 09] David Grünbeck. Einführung in das Thema Cloud Computing, Cloud Computing Seminar Universität Heidelberg, Heidelberg, Deutschland,

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