Vorlesung Service and Cloud Computing" 3. Cloud Computing - Basiskonzepte

Transkript

1 Vorlesung Service and Cloud Computing" 3. Cloud Computing - Basiskonzepte Dr.-Ing. Iris Braun

2 Gliederung Cloud Computing Definition Architekturmodelle Kategorien Beispielsysteme Anwendungsszenarien Pro/Contra 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 Folie 3

4 Internet der Dienste Cloud Computing Internet of Services XaaS... as a Service Folie 4

5 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 Folie 5

6 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] Folie 6

7 Cloud Architekturmodelle Nutzer/Clients Software-Dienste (SaaS) Komponenten Anwendungen Nutzerschnittstelle Maschinen- Schnittstelle Anwendungsdienste 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 Infrastructure-as-a-Service (IaaS) IT-Infrastruktur- und Hardwarekomponenten nutzen und verwalten Zielgruppe: IT-Abteilungen, IT-Dienstleister Physisches Ressourcen Set (PRS) Dr.-Ing. Iris Braun Folie 7 Vorlesung SCC, 3. Cloud Computing

8 Infrastructure-as-a-Service Nutzer/Clients EC2 & S3 Anwendungen Nutzerschnittstelle 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 Folie 8 Vorlesung SCC, 3. Cloud Computing

9 IaaS-Beispiel: Onlinedatensicherung Dateiaustausch und Datensicherung in der Cloud Zentrales Speichersystem: Amazon S3 Serverseitige AES256-Verschlüsselung Folie 9

10 Platform-as-a-Service Nutzer/Clients Anwendungen Nutzerschnittstelle Maschinen- Schnittstelle Anwendungsdienste Software-Dienste (SaaS) Komponenten Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Physisches Ressourcen Set (PRS) Folie 10

11 Beispiel PaaS - Microsoft Windows Azure Cloud-basierte Plattform repräsentiert PaaS-Konzept komplett serviceorientiert als "Cloud-Layer" entworfen (Windows Server 2008 Rechenzentren) [1] Folie 11

12 Software-as-a-Service Nutzer/Clients Anwendungen Nutzerschnittstelle Maschinen- Schnittstelle Anwendungsdienste Software-Dienste (SaaS) Komponenten Dienste Programmierumgebung Ausführungsumgebung Plattform-Dienste (PaaS) Berechnung Netzwerk Speicher Virtuelles Ressourcen Set (VRS) Infrastruktur-Dienste (IaaS) Physisches Ressourcen Set (PRS) Folie 12

13 SaaS-Beispiel:. Automatische Benachrichtigung bei neuen s (z. B. via Webbrowser) Termine verwalten s empfangen & versenden -Entwürfe verwalten Kontakte verwalten Chat mit Kontaktpersonen Folie 13

14 Auditorium Mobile Classroom Service Web-Zugang: PIN: SCC2017

15 Lernaufgaben zu Cloud Computing Welche Kategorie von Cloud-Diensten gibt es? - PaaS - SaaS - CaaS - IaaS Welcher Cloud Service von Amazon ist der Kategorie PaaS zuzuordnen? Amazon EC2 (Elastic Compute Cloud) Amazon EBS (Elastic Block Store) Amazon RDS (Relational Database Service) Amazon S3 (Simple Storage Service) Zu welcher Art von Cloud-Diensten gehört GoogleDocs? - PaaS - SaaS - CaaS - IaaS Folie 15

16 Architektur - technische Ebene Kontrollserver Datenserver Applikationsserver Netzwerk [1] Folie 16

17 Architektur - logische Ebene nach außen zentralisiert, intern stark verteilt Virtualisierung & Pooling hohe Skalierbarkeit SOA & Web Services hohe Flexibilität Folie 17 [1]

18 Cloud Computing - Anwendungsszenario Logistikunternehmen Folie 18 [1]

19 Cloud Computing - Beispielsysteme Vielzahl an Cloud-Plattformen 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... Folie 19 [1]

20 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] Folie 20

21 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! Folie 21 [1]

22 Ausfallsicherheit und Skalierbarkeit 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 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 Folie 22

23 Verfügbarkeit und Load Balancing 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 Skripte Availability Zone #2 MySQL DB Amazon RDS Auto Scaling Group Failover Synchronous Replication Bedarfsorientierte Verteilung der Last & Ausfallsicherheit bei Infrastrukturproblemen Buckets Amazon S3 Backups Standby Slave Folie 23

24 Performanzsteigerung durch Caching und Redundanz Inhalts-Caching: - Auslieferung von Inhalten via Content Distribution Network: Amazon CloudFront Effizienter & skalierbarer Zugriff auf große Datenmengen Elastic Load Balancer LB Amazon EC2 Webserver Skripte MySQL DB Amazon RDS Amazon CloudFront Auto Scaling Group media.mycity.de Distribution Buckets Amazon S3 Backups Folie 24

25 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] Folie 25

26 Open Source Cloud Plattformen [Openstack.org] Folie 26

27 Bsp. OpenStack für Webapplikationen [Openstack.org] Folie 27

28 Cloud-Betreibermodelle Private Cloud: Community Cloud: Public Cloud: Hybride Cloud: Zugriff nur innerhalb eines Unternehmens gemeinschaftlicher Zugriff mehrerer Partner öffentliche Schnittstellen verschiedener Anbieter Kombination von privater und öffentl. Clouds 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] Folie 28

29 Beispiel: Hybrid Cloud Folie 29 [1]

30 Welche Vorteile bietet Cloud Computing? Kostenersparnis Leistungssteigerung Flexibilität Effizienz Verbrauchs- Höhere Standort- Ressourcen- Bezahlung Keine/geringe Reduzierter abhängige Anfangsinvestitionen Wartungsauf- Verfügbarkeit Verbesserte Performance Verkürzte Prozesszeit unabhängiger Zugriff auf Daten und Dienste Geräteunabhängiger Zugriff optimierung Vereinfachte Nutzung wand von Hard- oder Software Folie 30

31 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] Folie 31

32 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 proprietäre Schnittstellen Provider-Abhängigkeit Kontrollverlust Datentransfer-Engpässe Folie 32