Vorteile und Herausforderungen beim Einsatz von Cloud Computing für Unternehmen

Executive Summary

These days the Cloud Computing model is what it is all about, although this term is often misapplied. Frequently it is referred to as further development of the well known Grid Computing model. In fact Cloud Computing is much more comprehensive.

There is a constant growth of requirements for modern IT Systems, which implicates a high demand for new computing models – one of them is Cloud Computing. If implemented correctly, such a system could minimize IT costs and make it easier to draw a budget for the IT department. Additionally it is possible to cover fluctuations in IT demand. Load peaks will not remain a problem for Cloud Computing systems.

Self-hosted and self-administrated IT infrastructure requires high investments and labour costs. In addition there will arise enormous costs for constant maintenance, optimization and training courses. There are plenty of companies, which are not active in the field of IT (IT is not a part of their core competence). These companies might put a lot of effort into setting up and keeping their IT systems up to date and this is why they are not able to concentrate on their core competences.

If we sum up it is apparent that cost saving and the reduced workload for the IT are the two major advantages, which arise for companies through the usage of Cloud Computing. As there are also new challenges which come up if companies are using Cloud Computing, this big step of switching to Cloud Computing must be carefully planned.

This thesis has been written to give an overview about the complex model of Cloud Computing and shows advantages and challenges, which might occur if using Cloud Computing. After initial definitions and explanations there is a brief overview about the most important technologies, which serve as enabler for Cloud Computing. Subsequently this basic knowledge is used for discussion of advantages, disadvantages and challenges, which are essential for companies.

This thesis shows that the use of Cloud Computing should be planned carefully. It is not possible for every company to benefit from the advantages of this computing model and not every business scenario meets the requirements for using a Cloud Computing system.

The most important steps to consider are the detailed examination and selection of the Cloud Computing Provider and the conclusion of an appropriate contract. If companies do ignore these factors, it might be a great danger for the corporate existence.

1 Einleitung

Auf Grund der stetig steigenden Anforderungen an IT Systeme, die sich unter anderem in

(i) Schnell steigendem Speicherbedarf
(ii) Bedarf an immer leistungsstärkeren Systemen
(iii) Immer größer werdenden Datenströmen
(iv) Systemverfügbarkeit von nahe zu 100%

äußern, müssen Unternehmen aller Branchen ihre Systemlandschaften (teilweise) grundlegend neu überdenken.

Ein Ansatz sich dieser Marktanforderung entsprechend anzupassen, ist das System des Cloud Computing.

1.1 Problemstellung

Die vorhin erwähnten wachsenden Anforderungen an die IT Systeme fordern großes Know-How in den IT Abteilungen der modernen Unternehmen. Die Anpassung an diese Anforderungen impliziert einen großen Aufwand in Kompetenzaufbau und damit verbunden auch hohe Kosten für entsprechende Infrastruktur und Experten (Mitarbeiter). Eine wesentliche strategische Entscheidung im Unternehmen ist es nun, diese wachsenden Anforderungen zu erfüllen und gleichzeitig den Aufwand für IT Infrastruktur und Mitarbeiterschulung (Expertenbildung) möglichst zu minimieren.

Immer mehr Unternehmen wählen deshalb den Einsatz von Cloud Computing Systemen, um bestimmte Systembereiche und somit auch Aufwand für Kompetenzaufbau und Infrastruktur an externe Anbieter auslagern zu können und somit wieder eine stärkere Fokussierung auf die Kernkompetenzen zu erreichen. Kostenminimierung spielt natürlich immer eine wesentliche, begleitende Rolle.

Neben all den Vorteilen, die Cloud Computing Systeme bieten, gibt es natürlich auch einige Nachteile und darunter sicherlich einen der größten Kritikpunkte: die Sicherheit.

Zentrale Fragestellungen sind:

- Was ist Cloud Computing?
- Welche Systemmodelle im Cloud Computing sind möglich? Welche technischen Voraussetzungen sind für Cloud Computing Systeme notwendig?
- Warum wird der Bedarf an Cloud Computing Systemen immer größer?
- Welche Vorteile bringt der Einsatz von Cloud Computing Systemen für Unternehmen?
- Welche Herausforderungen bringt der Einsatz von Cloud Computing Systemen mit sich?

1.2 Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist es, den Begriff Cloud Computing zu erläutern und die Grundlagen dieses Ansatzes aufzuzeigen. Dabei sollen sowohl die theoretischen Grundlagen und Systemmodelle, sowie auch die technische Realisierung berücksichtigt werden.

Auf diesem Grundlagenwissen aufbauend soll analysiert werden, wie Cloud Computing Systeme für Unternehmen sinnvoll eingesetzt werden können, bzw. wo die Vorteile sowie die Herausforderungen liegen.

1.3 Aufbau und Struktur

Zu Beginn der Arbeit müssen einige grundlegende Begrifflichkeiten und die Basisarchitektur von Cloud Computing Systemen beschrieben werden. Auf diesem Wissen aufbauend, wird das nächste Kapitel die technischen Methoden die hinter diesen Modellen stehen beschreiben.

Mit diesen Basics ist es möglich, im nächsten Kapitel auf den Einsatz von Cloud Computing Systemen im Unternehmen einzugehen. Damit verbunden werden Vorteile sowie Herausforderungen genannt und es wird auch auf das Thema Sicherheit im Cloud Computing eingegangen.

2 Cloud Computing

Wie in Kapitel 1.1 erwähnt, verändert sich unsere IT sehr rasant. Diese Anforderungen implizieren die Notwendigkeit, neue Systemmodelle zu entwickeln. Cloud Computing ist eine mögliche Alternative, um diese Ansprüche zu erfüllen. Die folgende Grafik zeigt drei wesentliche Dimensionen der angesprochenen IT Veränderungen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Steigende Anforderungen an unsere IT Systeme nach Chorafas^[1]

2.1 Einleitung

Der Begriff Cloud Computing lässt sich nicht auf eine einzelne Definition beschränken; vielmehr gibt es in der Literatur eine Vielzahl an Definitionen, die jeweils aus verschiedenen Sichtweisen getroffen werden.

Der Begriff „cloud“ wurde häufig als Synonym für „das Internet“ verwendet. Heutzutage versteht man unter diesem abstrakten Begriff weitaus mehr.^[2]

Beschäftigt man sich mit dem Thema Cloud Computing, so kommt man nicht um die Definition des National Institute of Standards and Technology (NIST) herum. Dort wird Cloud Computing wie folgt definiert:

„ Cloud computing is a model for enabling convenient, on-demand network access to a shared pool of configurable computing resources (e.g., networks, servers, storage applications and services) that can be rapidly provisioned and released with minimal management effort or service provider interaction. This cloud model is composed of five essential characteristics, three service models, and four deployment models.” ^[3]

Folgt man der Definition von Shaikh, so wird der Begriff des Internets stärker hervorgehoben. Er sieht Cloud Computing als Ressourcenbereitstellung im Internet, also online. Shaikh geht sogar noch einen Schritt weiter und definiert Cloud Computing als „Internet computing“.^[4]

Die beiden oben genannten Definitionen heben den Begriff Cloud Computing auf eine eher abstrakte Ebene. Es wird ein Modell erwähnt, doch kaum konkrete Technologien. Andere Autoren hingegen sehen bereits in ihrer Definition einen technischen Hintergrund. Cloud Computing ist demnach eine Verschmelzung von verschiedenen, bereits länger existierenden Technologien. Hierbei werden folgende Disziplinen berücksichtigt:^[5]

- Hardware
- Internet Technologie
- Systemverwaltung
- Verteilte Systeme (Verteilte Datenverarbeitung)

Unter Berücksichtigung dieser vier essentiellen Disziplinen, kann man Cloud Computing als Schnittmenge wie folgt darstellen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Cloud Computing als Schnittmenge verschiedener, bereits länger existierender Technologien nach Buyya, Broberg, Goscinski^[6]

Auch andere Cloud Computing Definitionen lehnen sich an die in Abbildung 2 genannten Disziplinen an. Wie Abbildung 2 zeigt, sind Virtualisierung, Webservices und verteilte Datenverarbeitung (und damit verbunden auch skalierbare Systeme) zwei wesentliche Hauptbestandteile von Cloud Computing Systemen. Somit stellt Furth folgende Definition bereit:

„Cloud computing can be defined as a new style of computing in which dynamically scalable and often virtualized resources are provided as a services over the Internet.“ ^[7]

Abschließend sollte noch eine bereits etwas ältere Definition von Carl Hewitt erwähnt werden. Er spricht von permanenter Datenspeicherung auf Servern im Internet, von welchen die Daten von den einzelnen Clients abgerufen werden („cached temporarily“). Als Clients werden hier verschiedenste Devices wie bspw. Notebooks oder Handheld Devices erwähnt.^[8]

Chee und Franklin sehen diese Definition als unvollständig und sprechen von zentral administrierten Ressourcen, die über Services von Benutzern abgerufen werden können. Hierbei wird hervorgehoben, dass diese Services je nach Bedarf in Anspruch genommen werden können.^[9]

Wie initial erwähnt, finden sich in der Literatur reichlich Definitionen, die das Thema Cloud Computing aus verschiedensten Blickwinkeln beleuchten und sich auf variierenden Abstraktionsstufen herablassen. Resümiert man nun die oben genannten Aussagen, so kann man folgende wesentlichen Eigenschaften hervorheben, die den Begriff Cloud Computing charakterisieren:

- bedarfsgerecht
- dynamisch/skalierbar
- auf Internet Technologien basierend
- serviceorientiert
- verteilt
- gemeinsam genutzt
- virtualisiert

Ergänzend sollte noch erwähnt werden, dass Abstraktion ein wesentliches Grundkonzept des Cloud Computings ist. Es ermöglicht unter anderem die für das Cloud Computing Modell notwendige serviceorientierte Denkweise. Man definiert bspw. eine gewisse Anwendung, ohne dabei über die tatsächlich dahinterstehende Hardware nachzudenken. Ein bekanntes Beispiel für Abstrahierung wäre das ISO-OSI Schichtenmodell.^[10]

Unter Berücksichtigung dieser Merkmale, kann man Cloud Computing wie folgt definieren:

Cloud Computing ist ein Systemmodell welches es ermöglicht, beliebige, teils virtualisierte Ressourcen online, genau zum Zeitpunkt der Bedarfsentstehung und im erforderlichen Ausmaß als Service von einem Dritten abzurufen, ohne sich dabei über die darunterliegende Infrastruktur Gedanken machen zu müssen.

Cloud Computing ist ein abstraktes Modell, welches aus verschiedenen Komponenten besteht. Diese Komponenten werden in den nachfolgenden Kapiteln näher erläutert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Definition von Cloud Computing nach NIST, grafische Darstellung^[11]

2.2 Begriffsabgrenzung

Cloud Computing ist im wesentlichen Sinne keine völlige Neuentwicklung, vielmehr ist es ein Systemmodell, aufbauend auf bestehenden, fundierten Technologien. Weiters haben sich viele Technologien im Laufe der Zeit stetig weiterentwickelt und somit Cloud Computing im derzeitigen Stadium geprägt.

L. Ellison, CEO von Oracle, sieht Cloud Computing als „…everything that we currently do“.^[12] Diese Aussage macht deutlich, wie umfangreich dieses Systemmodell also ist.

Bevor man versucht den Begriff Cloud Computing als solches näher zu analysieren, sollte man einen kurzen Blick auf die historische Entwicklung des Cloud Computing Modells werfen. Hierbei zeigen Voas und Zhang die wesentlichen Entwicklungsstufen in Richtung Cloud Computing.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Entwicklungsphasen des Computer Wesens. Von Mainframe Computing bis hin zu Cloud Computing nach Furth, Escalante (in Voas und Zhang)^{[13] [14]}

Die in Abbildung 4: Entwicklungsphasen des Computer Wesens. Von Mainframe Computing bis hin zu Cloud Computing nach Furth, Escalante (in Voas und Zhang) aufgezeigten Entwicklungsstufen sind keine homogenen, voneinander unabhängigen Technologien, vielmehr bauen diese aufeinander auf oder ergänzen sich auch.

Im Folgenden nun eine kurze Beschreibung der einzelnen Stufen:^[15]

- Phase 1 - Mainframe Computing: Großrechner (sog. Mainframes) wurden über Terminals (Konsolen – textbasierte Eingabeprogramme zur Kommunikation mit Rechnern) angesprochen. Mehrere Benutzer haben dabei auf einen Mainframe zugegriffen.
- Phase 2 - PC Computing: In Phase 1 mussten Benutzer auf Mainframes zugreifen, da sie sonst kaum Möglichkeit hatten, die erforderliche Rechenleistung zu erhalten. In der Phase des PC Computings sind die Computer nun stark genug (im Sinne der Rechenleistung), um den Großteil der Benutzeranforderungen abarbeiten zu können.
- Phase 3 - Network Computing: In dieser Phase wurden nun die einzelnen Rechner und auch Server über lokale Netzwerke verbunden. Zweck war die Ressourcenteilung und damit verbunden die Performancesteigerung.
- Phase 4 - Internet Computing: Internet Computing kann im Prinzip als Weiterentwicklung des Network Computings gesehen werden, mit dem Unterschied, dass nun mehrere, lokale Netzwerke oder Rechner weltweit miteinander verbunden werden. Diese Vernetzung führte zu dem „Internet“, wie wir es heute kennen.
- Phase 5 - Grid Computing: Bei diesem Ansatz wird versucht die Rechenleistung zu erhöhen, indem man die zu erfüllenden Aufgaben auf mehrere Rechner verteilt. Hierbei geht es in erster Linie nur um die verteilte Architektur.
- Phase 6 - Cloud Computing: Wie bereits in Kapitel 2.1 erwähnt, ermöglicht Cloud Computing, dass Ressourcen bei Bedarf über Internet abgerufen werden können. Einfachheit und Skalierbarkeit stehen dabei primär im Vordergrund.

Betrachtet man diese Entwicklung, so könnte man zu Recht behaupten, dass Cloud Computing ein simples Wiederaufleben des Mainframe Computing Ansatzes sei. Jedoch gibt es wesentliche Unterschiede zwischen diesen beiden, historisch voneinander weit entfernten Ansätzen:^[16]

- Beim Mainframe Computing kann die Rechenleistung zwar sehr groß sein, jedoch ist diese immer beschränkt. Der Cloud Computing Ansatz hingegen kann schier unendlich große Rechenleistungen zur Verfügung stellen. Dasselbe gilt natürlich analog für Speicherkapazitäten.
- Mainframes wurden über simple, quasi funktionslose Terminals angesprochen. Cloud Computing Systeme werden hingegen von normalen Computern aus angesprochen. Somit können lokal schon sehr viele Funktionen abgebildet werden und die Rechenleistung des Cloud Computing benutzenden Rechners zusätzlich voll ausgeschöpft werden.

Aus den vorhin genannten Entwicklungsstufen lässt sich gut erkennen, wie der Cloud Computing Ansatz nach und nach entstanden ist. Jedoch fehlen noch zwei wesentliche Merkmale:

- Utility Computing
- Die klare Unterscheidung von Grid und Cloud Computing

Grid Computing beschäftigt sich mit der Verteilung von Aufgaben auf mehrere Rechner, dies ermöglicht eine Leistungserhöhung. Hierbei steht die Verbindung mehrere Rechner im Vordergrund, beim Cloud Computing hingegen die Serviceorientierung.

Eine weitere Unterscheidung ist die Verwaltung. Bei Cloud Computing gibt es eine zentrale Administration, die es beim Grid Computing nicht gibt.

Utility Computing ist im Wesentlichen eine IT Dienstleistung. Utility Computing ist ein Geschäftsmodell, in dem der Kunde nur jene Leistung bezahlen muss, die er auch wirklich in Anspruch nimmt (bspw. Serverleistung). Im Prinzip bedienen sich Cloud Computing Systeme dieser beiden Techniken. Cloud Computing stellt Ressourcen bei Bedarf zur Verfügung. Die Anpassung an den wirklichen Bedarf wird somit flexibler und überskalierte Systeme können im selben Atemzug vermieden werden.^[17]

Die nachfolgende Tabelle stellt die wesentlichen Unterschiede noch einmal gegenüber:

Tabelle 1: Gegenüberstellung von Cloud und Grid Computing in Anlehnung an Steinbuch Centre for Computing (SCC)^[18]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Auch Gong et al.19 stellt die Merkmale von Cloud Computing und Grid Computing gegenüber. Folgende Unterschiede können festgestellt werden:

Tabelle 2: Gegenüberstellung von Cloud und Grid Computing. Ein Vergleich der Sichtweisen des Steinbuch Centre for Computing und Gong et al.^[19]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

^[1] Quelle: Chorafas, 2011, S.8

^[2] Chee, Franklin, 2010, S.2

^[3] Mell, Grance, 2011, S.2

^[4] Haider, Shaikh, 2011, S.214

^[5] Buyya, Broberg, Goscinski, 2011, S.3ff

^[6] Quelle: inhaltlich übernommen aus: Buyya, Broberg, Goscinski, 2011, S.6

^[7] Furht, Escalante, 2010, S.3

^[8] Hewitt, 2008, S.96-99

^[9] Chee, Franklin, 2010, S.3

^[10] Chee, Franklin, 2010, S.4

^[11] Quelle: https://wiki.cloudsecurityalliance.org/guidance/index.php/Cloud_Computing_Architectural_Framework

^[12] Farber, 2008

^[13] Quelle: Furth, Escalante, 2010, S.4 (in Anlehnung an Voas und Zhang 2009).

^[14] Voas, Zhang, 2009

^[15] Furth, Escalante, 2010, S.3ff

^[16] Furth, Escalante, 2010, S.4

^[17] Myerson, 2008, S.1ff

^[18] SCC News, Steinbuch Centre for Computing, 2008, S.6

^[19] Gong et al., 2010, S.276