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Cloud Computing

Definition

Cloud Computing verändert die Art und Weise, wie IT-Ressourcen, beispielsweise Server oder Anwendungen, genutzt werden. Anstelle IT-Ressourcen, in unternehmenseigenen Rechenzentren zu betreiben, sind diese bedarfsorientiert und flexibel in Form eines dienstleistungsbasierten Geschäftsmodells und über das Internet 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) vermeiden, da für IT-Ressourcen, die von einer Cloud bereitgestellt werden, nur operationale Kosten (OPEX) anfallen.

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    Ausführliche Definition

    Inhaltsverzeichnis

    1. Einführung
    2. Cloud Geschäftsmodelle (Everything as a Service)
    3. Abhängigkeiten von Cloud Diensten
    4. Eigenschaften von Clouds
    5. Cloud Typen

    Einführung

    Im Bereich der Informationstechnologie (IT) ermöglicht das 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 Bedarfsorientierung den Effekt, dass der Einsatz von Cloud Computing langfristige Investitionsausgaben (CAPEX) für IT-Ressourcen reduziert und nur die operationalen Ausgaben (OPEX) für IT-Ressourcen zum Tragen kommen. Der Unterschied einer Cloud zu traditionellen Rechenzentren ist ihre Dynamik oder Elastizität. 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 durch den Einsatz von Hardware-Virtualisierung. Sie ermöglicht den Betrieb mehrerer virtualisierter Server auf einem physikalischen Server. Virtualisierung bildet somit auch die Grundlage für die Ausnutzung von Skaleneffekten (Economies of Scale) durch den Cloud Anbieter. Im Gegensatz zu reiner Hardware-Virtualisierung, überträgt das Cloud Computing die Konzepte der Virtualisierung und gemeinsamen Nutzung auch auf andere IT‑Ressourcen, die z.B. Anwendungsfunktionalität oder Plattformen 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.

    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.
    • Im Rahmen eines Platform as a Service (PaaS)-Angebots (Platform as a Service (PaaS)) sind höherwertige Funktionalitäten verfügbar, die den Betrieb von Anwendungen ermöglichen. Ein Beispiel wäre ein Dienst, mit dem Kunden eigene Websiten betreiben können. Daher wird die Plattform für diese Webseiten angeboten, ohne dass die Nutzer des Dienstes sich mit der Verwaltung von Servern beschäftigen müssen. Solch höherwertige Dienste können beispielsweise auch ganze Datenbanken oder Process Engines umfassen. Allgemein zählt Anwendungsfunktionalität, die nicht direkt von Menschen genutzt wird, sondern in andere Anwendungen integriert wird, zu dieser Dienstklasse. Sie wird oft als Web Service bereitgestellt.
    • Werden komplette anpassbare Software-Anwendungen angeboten, so spricht man von Software as a Service (SaaS). Nutzer greifen auf diese Anwendungen über ein Netzwerk zu und teilen sich dabei Hardware- und Plattform-IT-Ressourcen, jedoch ohne dies zu bemerken oder sich gegenseitig zu beeinflussen. Viele Geschäftsbereiche, z.B. Customer Relationship Management (CRM) oder Enterprise Ressource Planning (ERP), können durch solche Cloud Dienste unterstützt werden.
    • Wenn ein Nutzer mehrere Everything as a Service-Angebote nutzt, so können diese im Rahmen eines Composite as a Service-Angebots (Composite as a Service (CaaS)) kundenspezifisch zusammengestellt und konfiguriert werden. Anbieter dieser Dienstklasse bieten dazu oft grafische Nutzerschnittstellen an. Die kundenspezifische Zusammenstellung dient dazu, die Geschäftsprozesse eines Nutzers optimal abzubilden und durch den Einsatz von Geschäftsprozesstechnologien umzusetzen.

     

    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 zurück greifen und ein Software as a Service-Angebot entsprechend auf ein Platform as a Service-Angebot. Dies ist dadurch zu begründen, dass die folgenden Cloud Eigenschaften einer Anwendungsschicht oft auch entsprechende Anforderungen an darunterliegende Anwendungsschichten stellen.

    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 drei Merkmale von Clouds beschreiben:

    1. 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 akuten Bedarf anpassen. Bedarfsschwankungen entstehen, z.B. bei Gehaltsabrechnungen am Monatsende oder beim Erstellen von rechenintensiven Statistiken zum Jahresende.

    2. 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 Nacht in der Regel ungenutzt sind, werden IT-Ressourcen in der Cloud in diesen Zeiträumen freigegeben und erzeugen somit auch keine Kosten. Die hierfür notwendigen Prozesse können automatisiert werden, so dass eine Anwendung bei verändertem Bedarf eigenständig die Anzahl verwendeter IT-Ressourcen anpasst.

    3. Standardisierung durch Virtualisierung: Aufgrund der angewendeten Virtualisierung werden IT-Ressourcen in einer Cloud vereinheitlicht. Virtualisierte Server eines IaaS-Angebots unterscheiden sich also nicht, auch wenn unterschiedliche Hardware-Server für den Betrieb genutzt werden. Auf gleiche Art und Weise vereinheitlicht das Verwenden von PaaS- oder SaaS-Angeboten die in der Cloud verfügbaren Software IT-Ressourcen.

     

    Cloud Typen

    Basierend auf der physikalischen Betriebsumgebung einer Cloud und der Nutzergruppe, die Zugriff auf die Cloud hat, unterscheidet man vier verschiedene Cloud Typen. Diese 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. Die positiven Effekte durch die Verschiebung von CAPEX zu OPEX treten daher nur bedingt auf. Weiterhin erreichen Nutzergruppen von Private Clouds nicht immer die kritische Größe, um Skaleneffekte effektiv ausnutzen zu können. Hierzu ist es notwendig, dass hoher Bedarf eines Nutzers durch gleichzeitigen geringen Bedarf anderer Nutzer abgefangen werden kann. Dies funktioniert bei kleinen Nutzergruppen in der Regel nicht sehr gut. Oft wird es weiterhin dadurch erschwert, dass Nutzer in dieser Gruppe 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.

    Eine Spezialform der Private Cloud ist die Community Cloud. Hier teilt sich eine eingeschränkte Gruppe von Firmen eine Cloud. Die Betriebsumgebung einer Community Cloud kann entweder 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. Sie behält dabei selbst die volle Kontrolle über den Zugriff auf IT-Ressourcen der Cloud.

    Public Clouds sind generell jedem zugänglich, d.h. jeder kann (virtualisierte) IT-Ressourcen in der Public Cloud 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 besonders günstig sind. Bei vielen Anbietern kann ein Bereich einer Public Cloud gegenüber anderen Nutzern abgegrenzt werden. Dies wird dann als Virtual Private Cloud bezeichnet. Im Gegensatz zur einer Private Cloud ist diese Trennung nicht physikalisch, sondern wird durch Zugriffsbeschränkungen erreicht.

    Die verschiedenen Cloud Typen unterscheiden sich aufgrund ihrer Zugänglichkeit und der gemeinsamen Nutzung von Ressourcen 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. Die meisten Anwendungslandschaften werden daher über mehrere Cloud Typen verteilt, so dass 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. Der dafür notwendige Zusammenschluss unterschiedlicher Cloud Typen und bestehender Rechenzentren wird als Hybrid Cloud bezeichnet.

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      Autoren der Definition

      Christoph Fehling
      Universität Stuttgart,
      Institut für Architektur von
      Anwendungssystemen (IAAS)
      Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Doktorand
      Professor Dr. Frank Leymann
      Universität Stuttgart,
      Institut für Architektur von
      Anwendungssystemen (IAAS)
      Geschäftsführender Direktor

      Literaturhinweise SpringerProfessional.de

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