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Cloud Computing

Definition

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Kurzerklärung:

Cloud Computing beinhaltet Technologien und Geschäftsmodelle um IT-Ressourcen dynamisch zur Verfügung zu stellen und ihre Nutzung nach flexiblen Bezahlmodellen abzurechnen. Anstelle IT-Ressourcen, beispielsweise Server oder Anwendungen, in unternehmenseigenen Rechenzentren zu betreiben, sind diese bedarfsorientiert und flexibel in Form eines dienstleistungsbasierten Geschäftsmodells über das Internet oder ein Intranet verfügbar. Diese Art der Bereitstellung führt zu einer Industrialisierung von IT-Ressourcen, ähnlich wie es bei der Bereitstellung von Elektrizität der Fall war. Firmen können durch den Einsatz von Cloud Computing langfristige Investitionsausgaben (CAPEX) für den Nutzen von Informationstechnologie (IT) vermindern, da für IT-Ressourcen, die von einer Cloud bereitgestellt werden, oft hauptsächlich operationale Kosten (OPEX) anfallen.

Ausführliche Erklärung:

I. Einführung

Im Bereich der Informationstechnologie (IT) ermöglicht Cloud Computing neue Verfahren zur Bereitstellung von IT-Ressourcen, d.h. solchen Ressourcen, die Unternehmen bei der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) unterstützen. Beispiele hierfür sind Server oder Software-Anwendungen. Anstatt IT-Ressourcen in unternehmenseigenen Rechenzentren zu betreiben, können diese bedarfsorientiert bei einem Cloud-Anbieter reserviert, genutzt und wieder freigegeben werden. Wie bei Gemeinschaftsrechenzentren und Lohnarbeits- bzw. Servicerechenzentren hat die bedarfsorientierte Abrechnung den Effekt, dass der Einsatz von Cloud Computing langfristige Investitionsausgaben (CAPEX) für IT-Ressourcen reduziert und die operationalen Ausgaben (OPEX) für IT-Ressourcen stärker zum Tragen kommen. Der Unterschied einer Cloud zu traditionellen Rechenzentren ist ihre Dynamik oder Elastizität der Ressourcennutzung. IT-Ressourcen können schnell, oft innerhalb von Minuten bereitgestellt oder freigegeben werden. Die Bereitstellung von IT-Ressourcen bezeichnet man auch als Provisionierung (Provisioning), die Freigabe als Deprovisionierung (Deprovisioning). Beide Vorgänge können automatisiert erfolgen und werden von Kunden eigenständig durchgeführt (Selbstbedienung (SB)). Cloud Computing ermöglicht diese dynamische Ressourcenverwaltung oft durch den Einsatz von Hardware-Virtualisierung, die den Betrieb mehrerer virtualisierter Server auf einem physikalischen Server ermöglicht. Virtualisierung bildet somit auch die Grundlage für die Ausnutzung von Skaleneffekten (Economies of Scale) durch den Cloud-Anbieter. Im Gegensatz zu reiner Hardware-Virtualisierung verwendet Cloud Computing die Konzepte der Virtualisierung und gemeinsamen Nutzung auch für andere IT‑Ressourcen, die z.B. Anwendungsfunktionalität oder Plattformen für den Betrieb von kundeneigenen Anwendungen bereitstellen und die so in gleicher Weise von mehreren Nutzern geteilt werden können. Die wirkliche physikalische Lokation dieser IT‑Ressourcen ist durch den Einsatz von Cloud Computing oft für den Nutzer nicht mehr feststellbar.

Im Folgenden werden die konkreten IT-Ressourcen, die von Clouds angeboten werden, klassifiziert und entsprechenden Geschäftsmodellen zugeordnet. Abhängigkeiten dieser Geschäftsmodelle werden erläutert sowie die allgemeinen Eigenschaften von Clouds. Abschließend wird eine Übersicht der verschiedenen Cloud-Typen und ihrer Beziehung zu traditionellen Rechenzentren gegeben.

II. Cloud-Geschäftsmodelle (Everything as a Service):

Cloud-Anbieter verfolgen ein dienstleistungsbasiertes Geschäftsmodell. Da bereitgestellte IT‑Ressourcen unterschiedlicher Art flexibel und dienstbasiert genutzt werden, spricht man von Everything as a Service (EaaS). Hierbei werden vier Klassen von Cloud-Diensten unterschieden. Diese sind nach der Art der IT-Ressource benannt, die vom Cloud-Anbieter bereitgestellt und verwaltet wird.

Abbildung 1: Zuordnung von Cloud-Geschäftsmodellen zu IT-Ressourcen

Abbildung 1 zeigt die Zugehörigkeit der Cloud-Dienstklassen zu Anwendungsschichten:

  • Infrastructure as a Service (IaaS) ist gewährleistet, wenn physikalische oder virtuelle Server angeboten werden. Der Cloud-Anbieter verwaltet diese Server und gewährleistet ihre Konnektivität.
  • Bei Platform as a Service (PaaS) sind höherwertige Funktionalitäten verfügbar, die den Betrieb von kundenspezifischen Anwendungen ermöglichen. Ein Beispiel wäre ein Dienst, mit dem Kunden eigene Webseiten betreiben können. Diese Plattform für Webseiten wird angeboten, ohne dass die Nutzer des Dienstes sich mit der Verwaltung von Servern beschäftigen müssen. Solch höherwertige Dienste können bspw. auch ganze DatenbankenProcess Engines oder Web Services umfassen. Allgemein zählt Anwendungsfunktionalität, die nicht direkt von Menschen genutzt wird, sondern die in andere Anwendungen integriert wird, zu dieser Dienstklasse.
  • Business Process as a Service (BPaaS) erlaubt es Kunden, komplette Geschäftsprozesse zu einem Cloud-Anbieter auszulagern und durch den Einsatz von Geschäftsprozesstechnologien umzusetzen. In diesem Fall bietet der Anbieter alle IT-Ressourcen und nicht IT-basierte Dienstleistungen an, die ein Kunde für die Unterstützung seiner Geschäftsprozesse benötigt. BPaaS abstrahiert somit stärker von IT-Ressourcen und fokussiert die Geschäftsprozesse des Kunden. Für diese Prozesse stellt der Anbieter alle IT-Ressourcen, Personal etc. und führt die Prozesse für den Kunden aus. Welche konkrete Softwareanwendung, Server etc. hierfür verwendet wird, bleibt dem Kunden verborgen. 

III. Abhängigkeiten von Cloud Diensten

Abbildung 2: Mögliche Abhängigkeiten zwischen Cloud-Diensten


Es ist möglich, dass Cloud-Dienste wiederum auf andere Cloud-Dienste aufbauen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Ein Platform-as-a-Service-Angebot kann z.B. auf ein Infrastructure-as-a-Service-Angebot zurückgreifen und ein Software-as-a-Service-Angebot entsprechend auf ein Platform-as-a-Service-Angebot. Business Process as a Service kombiniert IT-Ressourcen mit nicht IT-unterstützten Funktionalitäten, um komplette Geschäftsprozesse anzubieten. Das Nutzen von Cloud-Diensten für die Bereitstellung von anderen Cloud-Diensten ist dadurch zu begründen, dass die folgenden Cloud-Eigenschaften einer Anwendungsschicht oft auch entsprechende Anforderungen an darunterliegende Anwendungsschichten stellen.

IV. Eigenschaften von Clouds

IT-Ressourcen werden schon lange nach dienstbasierten Geschäftsmodellen über ein Netzwerk angeboten. Die Unterschiede zwischen Clouds und diesen, auf traditionellen Rechenzentren basierenden Diensten, lassen sich generell durch folgende Merkmale von Clouds beschreiben:

  1. Selbstbedienung (SB): Kunden können IT-Ressourcen eigenständig reservieren und freigeben. Hierzu werden oft webbasierte Managementportale angeboten. Die Selbstbedienung kann aber auch automatisiert werden, sodass auch auf Kundenseite keine manuellen Aktivitäten für die Ressourcenverwaltung notwendig sind.
  2. Schnelle Netzverbindung: Cloud-Dienste sind generell über ein Netzwerk, z.B. das Internet oder ein Intranet, verfügbar, wobei eine hohe Verbindungsgeschwindigkeit wesentlich ist.
  3. Elastizität: IT-Ressourcen können in der Cloud dynamisch reserviert und wieder freigegeben werden. Kunden können dadurch die Anzahl reservierter IT-Ressourcen sehr gut an ihren Bedarf anpassen. Bedarfsschwankungen entstehen, z.B. bei Gehaltsabrechnungen am Monatsende oder beim Erstellen von rechenintensiven Statistiken zum Jahresende.
  4. Bedarfsorientierte Abrechnung: Nur die wirklich genutzte Anzahl von IT-Ressourcen erzeugt Kosten für den Nutzer der Cloud. Technologien zur Überwachung von reservierten IT-Ressourcen und Zugriffen auf diese IT-Ressourcen schaffen dabei Transparenz für Nutzer und Anbieter. Im Gegensatz zu Rechnern von Privatanwendern, die in der Regel zu bestimmten Zeiten, z.B. in der Nacht, ungenutzt sind, werden IT-Ressourcen in der Cloud in diesen Zeiträumen freigegeben und erzeugen somit auch keine Kosten für einen Kunden. Die hierfür notwendigen Prozesse können automatisiert werden, sodass eine Anwendung bei verändertem Bedarf eigenständig die Anzahl verwendeter IT-Ressourcen anpasst.
  5. Gemeinsame Ressourcennutzung: um Elastizität zu gewährleisten, werden IT-Ressourcen von Kunden geteilt. Das heißt, dass IT-Ressourcen, die ein Kunde nicht mehr benötigt, flexibel einem anderen Kunden zugeteilt werden können. Eine zugrundeliegende Technologie ist oft die Virtualisierung von geteilter Hardware. Durch diese Hardware-Virtualisierung kann z.B. ein physikalischer Server von mehreren virtuellen Serven genutzt werden. Ein Nebeneffekt dieser Virtualiserung ist die Vereinheitlichung von IT-Ressourcen. Bspw. unterscheiden sich virtualisierte Server eines IaaS-Angebots also wenig, auch wenn unterschiedliche physikalische Server für den Betrieb genutzt werden. Auf gleiche Art und Weise vereinheitlicht das Verwenden von PaaS- oder SaaS-Angeboten die in der Cloud verfügbaren Plattform und Software IT-Ressourcen.

V. Cloud Typen

Basierend auf der physikalischen Betriebsumgebung einer Cloud und der Nutzergruppe, die Zugriff auf die Cloud hat, können vier Cloud-Typen unterschieden werden. Sie sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3: Zuordnung von Cloud-Typen zu Betriebsumgebungen


Eine Private Cloud wird dediziert für eine bestimmte Firma betrieben, ist also fest einer Firma zugeordnet und nur Mitarbeitern dieser Firma zugänglich. Private Clouds entstehen meist durch Einsatz von Cloud-Technologien in existierenden unternehmenseigenen Rechenzentren oder durch die dedizierte Bereitstellung der Cloud durch einen Dienstleister. Die positiven Effekte durch die Verschiebung von CAPEX zu OPEX treten oft nur bedingt auf, da Investitionen in IT-Infrastruktur notwendig sind. Weiterhin erreichen Nutzergruppen von Private Clouds nicht immer die kritische Größe, um Skaleneffekte effektiv ausnutzen zu können. Für die Elastizität der Cloud ist es notwendig, dass hoher Bedarf eines Nutzers durch gleichzeitigen geringen Bedarf anderer Nutzer abgefangen werden kann. Dies funktioniert bei kleinen Nutzergruppen ggf. nicht sehr gut, wenn die Nutzer sich ähnlich verhalten und somit gleichzeitig Last erzeugen. Oft wird die Elastizität der Private Cloud weiterhin dadurch erschwert, dass Nutzer eine starke örtliche Nähe aufweisen. Sie erzeugen somit ähnliche Arbeitslast in der Cloud, z.B. bedingt durch gleiche arbeitsfreie Zeit oder Urlaubszeiten. Dies kann zu Überkapazitäten in der Private Cloud führen. In einer Private Cloud mit einer großen und unterschiedlichen Nutzergruppe treten diese Probleme nicht auf.

Eine Community Cloud erweitert die Zahl zugelassener Nutzer gegenüber der Private Cloud dahingehend, dass sich eine eingeschränkte Gruppe von Firmen eine Cloud teilt. Die Betriebsumgebung einer Community Cloud kann dediziert für eine Firma betrieben werden, die dann anderen Firmen Zugriff darauf gewährt. Alternativ kann auch schon die Betriebsumgebung von mehreren Firmen geteilt werden. Ersteres ist oft der Fall, wenn eine Firma eine Community Cloud für sich und ihre Zulieferer betreibt, vergleichbar mit einem Extranet. Diese Firma behält dabei selbst die volle Kontrolle über den Zugriff auf IT-Ressourcen der Cloud.

Public Clouds sind generell jedem zugänglich, d.h. jede Firma oder Privatperson kann (virtualisierte) IT-Ressourcen in der Public Cloud reservieren und nutzen. Da die Nutzergruppe also nicht beschränkt ist, können Skaleneffekte besonders gut ausgenutzt werden, wodurch Public-Cloud-Dienste im Vergleich zu den anderen Cloud-Typen oft besonders günstig sind. Bei vielen Anbietern kann ein Bereich einer Public Cloud gegenüber anderen Nutzern abgegrenzt werden. Dieser Bereich wird dann als Virtual Private Cloud bezeichnet. Im Gegensatz zur einer Private Cloud ist diese Trennung nicht physikalisch, sondern wird durch Zugriffsbeschränkungen erreicht.

Eine Hybrid Cloud bildet einen Zusammenschluss unterschiedlicher Cloud-Typen und anderer Rechenzentren, um unterschiedliche Anwendungsanforderungen abzudecken. Die verschiedenen Cloud-Typen unterscheiden sich bedingt durch die unterschiedlichen Nutzergruppen und die Art der Nutzertrennung maßgeblich in ihren Sicherheitseigenschaften und dem Grad der zugesicherten Privatsphäre. Diese Faktoren bestimmen meist, welche Cloud-Typen für konkrete Anwendungen einer Firma als Betriebsumgebung genutzt werden können. Es kann daher notwendig sein Anwendungslandschaften über mehrere Cloud-Typen zu verteilen, sodass kritische Anwendungen oder Anwendungskomponenten z.B. in einer Private Cloud betrieben werden, während weniger kritische Anwendungskomponenten auf IT-Ressourcen aus Public Clouds zurück greifen. Legacy-Anwendungen, die in traditionellen Rechenzentren betrieben werden, müssen gleichermaßen integriert werden. 

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Literaturhinweise/Links
Literaturhinweise
  • Chong, F./Carraro, G.:  Architecture Strategies for Catching the Long Tail
    2006  MSDN Library
  • Mell, R./Grance, T.:  Definition of Cloud Computing
    2009  NIST
  • Vogels, W.:  Eventually Consistent
    2009  Communications of the ACM
Bücher
Zeitschriften
  • Leymannn, F.:  Cloud Computing: The Next Revolution in IT
    2009  in: Photogrammetric Week
Sachgebiete
Cloud Computing
ist im Gabler Wirtschaftslexikon folgenden Sachgebieten zugeordnet:
Informationen zu den Sachgebieten
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