Infrastructure-as-a-Service

Cloud Computing

Zur Einführung von Infrastructure-as-a-Service (IaaS) soll zu Beginn der Begriff des Cloud Computing definiert werden. Dies hat den Grund, da die Autoren Prodan und Ostermann (2009, S. 2), von sogenannten IaaS-Cloud-Anbietern schreiben.
Der Begriff Cloud wurde zum ersten Mal Anfang der 90er Jahre von der Telefonindustrie der USA eingeführt. Der Begriff wurde als Anspielung für eine Bündelung von Dienst-leistungen aus dem Netzwerke verwendet, anstatt einzelne Services aufzuzählen. In dieser Bachelorarbeit werden die englische IT-Fachbegriffe nicht ins Deutsche übersetzt, da dies zu Verständnis- und Interpretationsproblemen führen. Die Übersetzung von Cloud Computing entspricht etwa der elektronischen Datenverarbeitung (EDV) „aus der Wolke“. Die Wolke ist dabei eine Metapher für das Internet, worüber EDV-Produkte und -Dienstleistungen zur Verfügung gestellt werden (Metzger et al. 2011, S. 1-2).
Das National Institute of Standards and Technology (NIST) veröffentlicht eine Definition zu Cloud Computing: „Cloud Computing is a model for enabling unbiquitous, 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 effort or service provider interaction. This cloud model is composed of five essential characteristics, three service models, and four deployment models“ (Mell und Grance 2011, S. 6).
Eine weitere Definition zu Cloud Computing liefern Wang et al. (2010, S. 4): „A compu-ting Cloud is a set of network enabled services, providing scalable, QoS guaranteed, normally personalized, inexpensive computing infrastructures on demand, which could be accessed in a simple and pervasive way“. Die Abkürzung QoS steht für Quality-of-Service. QoS garantiert dem Nutzer eine bestimmte Leistung wie z. B. Hardware-Per-formanz nicht zu unterschreiten. Die Autoren bemängeln, dass es keine übergreifende Definition von Cloud Computing gibt die alle Anforderungen erfüllt. Sie begründen dies damit, dass an Cloud Computing Forscher und Entwickler aus unterschiedlichen Berei-chen wie Software Engineering und Datenbanken arbeiten. Diese betrachten die Ent-wicklung von Cloud Computing von unterschiedlichen Ansichtspunkten. Die Technolo-gien die für die Entwicklung von Cloud Computing dienen, befinden sich selbst in einer kontinuierlichen Entwicklung. Als Beispiel für solche Technologien wird das Web 2.0 und das Service Oriented Computing genannt. Neben diesen Technologien ist die Virtualisie-rung für das Cloud Computing von besonderer Bedeutung. Hersteller dieser Technologie

sind z. B. VMware und Xen und ermöglichen mit der Virtualisierung eine flexible und skalierbare IT-Infrastruktur (Wang et al. 2010, S. 2-8).
Wird kein Cloud Computing verwendet, so beklagen Unternehmen die technologische Überholung sowie die kostenintensive Wartung ihrer eigenen Server. Cloud-Anbieter versuchen diese Problematik durch das Vermieten von skalierbaren und schnellen Cloud-Systemen zu lösen. Ein Unternehmen muss somit nicht mehr eine eigene Hard-ware bereitstellen. Dabei werden die Server bzw. die Hardware virtualisiert und über das Internet bereitgestellt. Eine andere Veranschaulichung zu Cloud ist die Vermietung, abhängig vom ausgewählten Geschäftsmodell, von zuverlässigen virtuellen Ressourcen. Durch die hohe Nachfrage nach Cloud-Diensten sind mehrere Anbieter in den Markt eingestiegen, die ihre Produkte in unterschiedlichen Bezeichnungen anbieten (Prodan und Ostermann 2009, S. 1-2).
Nach Mell und Grance (2011, S. 6-7) wird Cloud Computing in drei Servicemodelle auf-geteilt: Infrastructure-as-a-Service (IaaS), Plattform-as-a-Service (PaaS) und Soft-ware-as-a-Service (SaaS). Je nach detaillierungsgrad können die Ebenen mehr oder weniger Komponenten enthalten. Krcmar (2015, S. 633 und S. 726-727) verwendet neben den drei vorgestellten Begriffen Storage-as-a-Service (StaaS) und Everything-as-a-Service (XaaS). Im Kontext von Cloud Computing definieren die Autoren Wang et al. (2008, S. 4-6) Hardware-as-a-Service (HaaS), Software-as-a-Service (SaaS) und Data-as-a-Service (DaaS). Abhängig vom Autor werden unterschiedliche Bezeichnun-gen für dieselbe Leistung verwendet. In Abbildung 10 wird ein Gesamtbild der Cloud präsentiert und das Zusammenhängen der einzelnen Komponenten. Nach der Abbildung befindet sich IaaS auf der untersten Ebene, PaaS auf der mittleren Ebene und SaaS auf der oberen. Auffällig hierbei ist das PaaS und SaaS nicht einzeln betrachtet werden, sondern die Ebenen darunter miteinbezogen werden. IaaS welches aus fünf Komponen-ten besteht, könnte weiter unterteilt werden. In der Abbildung 10 nicht enthalten ist z. B. Network-as-a-Service(NaaS), welcher Bestandteil von IaaS ist (Douglas 2003, o. S.). Dieser Abschnitt ist eine Anlehnung an die Aussage von Prodan und Ostermann (2009, S. 1-3), dass es unterschiedliche Bezeichnungen für die Ebenen im Cloud Computing gibt. Ebenfalls bestätigen beide Autoren das Anbieter komplexere Lösungen anbieten, in denen PaaS zusammen mit IaaS angeboten wird.

Dies führt zur Schlussfolgerung, dass Anbieter Komponenten der Cloud einzeln als auch in Kombination anbieten. Je nach Definition und Interpretation besteht die Möglichkeit, wie Abbildung 10 dies verdeutlicht, PaaS einzeln zu betrachten oder IaaS Bestandteil von PaaS zu sehen. Das Verhältnis von IaaS zur Cloud beträgt 5/7 (ca. 71%) ein (Doug-las 2003, o. S.).

Die vier Betriebsmodelle nach Mell und Grance (2011, S. 6-7) für Cloud Computing sind: Private Cloud, Community Cloud, Public Cloud und Hybrid Cloud. Bei der Private Cloud wird die Cloud Infrastruktur ausschließlich von einer einzelnen Organisation verwendet. Sie kann im Besitz der IT-Organisation, eines Drittanbieters oder einer Kombination aus beiden sein. Die Community Cloud wird ausschließlich von den Mitgliedern der Organi-sationen verwendet, die gemeinsame Anliegen haben. Der Besitz und die Verwaltung befinden sich in einer oder mehrerer Organisationen. Eine Public Cloud wird der Öffent-lichkeit zugänglich gemacht. Der Verwaltung übernimmt eine geschäftliche, akademi-sche oder staatliche Organisation. Die Hybrid Cloud ist eine Kombination aus mindestens zwei der vorgestellten Cloud Betriebsmodelle (Private-, Community- oder Public Cloud).

IaaS Servicemodell

Dieses Kapitel soll IaaS näher Betrachten und wie es sich von anderen „as-a-Service“-Modellen abgrenzt. Nach der Definition von Mell und Grance (2011, S.6) wird die Cloud in drei Servicemodelle IaaS, PaaS und SaaS unterteilt.
Kunden können IaaS als eine Dienstleistung (Service) in Anspruch nehmen. Teil dieser Dienstleistung ist die Lieferung von Hardware (Server, Speicher und Netzwerkkompo-nenten) sowie die dazugehörige Basissoftware. Zu diesen Softwarepakten gehört das Betriebssystem (Operating System), die Virtualisierungs-Technologie und die Speicher-verwaltung. Durch den Bezug von Hardware-Leistungen über das Netzwerk stellt das Konzept von IaaS einen Paradigmen-Wechsel dar. Dienstleistungen von IaaS können auf Anfrage („on demand“) und ohne komplexere Verträge geliefert werden. Sollte die Hardware-Leistung für ein bestimmtes Szenario/Projekt nicht ausreichen, so wird diese nachgebucht. Das Wissen und die Verwaltung der Server, die sich ursprünglich Unter-nehmen befand, wird an externe Dienstleister übergeben. IaaS stellt eine neue Möglich-keit der Datenbewahrung („hosting“) dar. Es existieren zwei Akteure im IaaS-Modell. Der Nutzer der Leistungen auf der einen Seite und der Anbieter auf der anderen Seite. Die Hardware gehört ausschließlich dem Anbieter und dieser ist verantwortlich, dass der Nutzer die Leistungen erhält, wofür dieser bezahlt. Die Bezahlung von IaaS erfolgt über feste Verträge oder durch eine dynamische Abrechnung. Die dynamische Abrechnung erfolgt über „pay-as-you-go“. Der Nutzer bezahlt nur für diejenigen Ressourcen, die er bzw. seine Anwendungen, direkt in Anspruch nehmen (Sushil et al. 2010, S. 60-63).
Im Folgenden wird die Sicht auf IaaS aus Kundenperspektive dargestellt. Der Kunde ist in diesem Fall die IT-Organisation.

• Der Kunde erwartet, dass seine Anwendung zu jeder Tageszeit erreichbar ist.
• IaaS muss widerstandsfähig sein.
• IaaS-Anbieter muss zu jeder Tageszeit erreichbar sein.
• Der Kunde kann beliebige Anwendungen auf IaaS installieren.
• Der Anbieter von IaaS übernimmt die Verantwortung für die Wartung und Pflege der IT-Infrastruktur (Sushil et al. 2010, S. 63).

Die folgende Darstellung soll auf einer abstrakten Ebene zeigen, wie die Mitarbeiter der IT-Organisation Anwendungen auf einer virtuellen Infrastruktur vorbereiten.

Die IT-Organisation oder der Software Owner konfigurieren eine virtuelle Maschine mit der ausgewählten Software vor. Nachdem die virtuelle Maschine von der IT-Organisation vorbereitet wurde, wird diese in den Storage des IaaS-Anbieters hochgeladen. Durch die Virtual Machine Automation erfolgt die Konfiguration und die automatische Suche nach verfügbarer Hardware. Der IaaS Anbieter kann nach diesem Prozess überprüfen, ob die virtuelle Maschine einen stabilen Zustand aufweist. Je nach Konfiguration werden mehre virtuelle Maschinen vorbereitet, worauf sich die einzelnen Anwendungen des Kunden befinden. Der Storage, der für die Anwendungen benötigt wird, wird vom IaaS Anbieter bereitgestellt und verwaltet. Alle Anwendungen des Kunden werden somit aus der Cloud betrieben. Jedoch liegt es in der Verantwortung des Nutzers bzw. der IT-Organisation die verwendeten Anwendungen zu verwalten und zu steuern. Dabei ist es unbedeutend ob lizensierte oder benutzerdefinierte Software verwendet wird (Sushil et al. 2010, S. 62). Eine Firewall, die in Abbildung 11 dargestellt ist, dient zum Schutz vor externen Angriffen. Nur authentifizierten Nutzern wird der Zugriff auf bestimmte Dienste erlaubt, diese werden durch eine sogenannte demilitarisierte Zone (DMZ) der Außenwelt zur Verfügung gestellt (Krcmar 2015, S. 350). Ein Load Balancer dient dazu die Nutzer-anfragen zu koordinieren und eine Serverauslastung zu verhindern. Dabei sollen die angeforderten Daten in einer schnellen und zuverlässigen Qualität an den Nutzer zu-rückgeschickt werden. Der Load Balancer leitet für den Fall, dass ein Server ausfällt, die Anfragen automatisch an einen anderen verfügbaren Server weiter. Je nach Auslastung der Server kann der Load Balancer mehr Leistung beantragen oder Kapazitäten wiede-rum freigeben (NGINX o. J., o. S.).

In der Literatur wird Cloud Computing in unterschiedliche Ebenen aufgeteilt, was die Auswertungen der Literatur erschwert. Anbieter von IaaS-Diensten sind beispielsweise Amazon EC2, AppNexus, ENKI, FlexiScale, GoGrid, Joyent Accelerator und NewServers. Zwei weitere Anbieter die sich von vorherigen Abgrenzen sind Microsoft Azure Services und Google App Engine. Microsoft und Google bieten durch ihre IaaS-Modelle komple-xere Lösungen an, so können Anwendungsentwickler mit ausgereiften Web Services, .Net und Python arbeiten (Prodan und Ostermann, 2009, S. 2-3). Kollmann und Schmidt (2016, S. 66) schreiben das Amazon beispielsweise mit seinem Cloud-Dienst Web Ser-vices einen führenden und profitablen Geschäftsbereich aufgebaut hat.

Service-Level-Agreements

Das Verhältnis zwischen dem Kunden und dem Anbieter beruht auf Service Level Ag-reements (SLAs) bzw. Service-Level-Kennzahlen. SLAs dienen zur Operationalisierung und Messung der Dienstleistungsqualität mit Hilfe von nachprüfbaren Leistungsparame-tern. Zu den Leistungsparametern von Services gehören beispielsweise Reaktionszeiten, Antwortzeiten und die Verfügbarkeit. Durch die Anpassung von technischen und orga-nisatorischen Ressourcen an die Bedürfnisse des Kunden, positioniert sich der IaaS-Anbieter in der IT-Supply-Chain. SLAs fallen vor allem im IT-Dienstleistungs- und Tele-kommunikationsbereich an. Verändert sich eine IT-Organisation vom Cost-Center zu einem Service-Center müssen ebenfalls SLAs berücksichtigt werden. Es wird angenom-men das der Autor mit Service Center das Shared Service Center meint, welches im Kapitel 2.3.1 vorgestellt wurde. Die IT darf sich nicht ausschließlich als Lieferer und Bereitsteller von Hard- und Softwarelösungen im Unternehmen sehen. Die IT-Organisa-tion muss sich vielmehr als Serviceorientierter Qualitätsdienstleister positionieren, dies ist vor allem durch die rasante Entwicklung der IT in den vergangenen Jahren zurück-zuführen. Leistungsangebote müssen auf den einzelnen Endanwender und dessen in-terne Prozesse angepasst und durch SLAs spezifiziert werden (Bernhard 2006, S. 22-23).

Abgrenzung zu PaaS und SaaS

Das Konzept von PaaS ist eine Erweiterung von IaaS. Hierbei werden zusätzlich zur Infrastruktur auch Softwarepakete bereitgestellt, die zum Entwickeln von Anwendungen benötigt werden. Dazu gehören beispielsweise Programmierwerkzeuge und Datenban-ken. Google AppEngine ist beispielsweise ein PaaS-Anbieter womit Entwickler in Python oder Java arbeiten können. SaaS setzt hingegen voraus, dass PaaS und IaaS verwendet werden. Der Nutzer mietet durch das Konzept weitere Softwarepakte, die er für seine Arbeit benötigt. Dabei muss SaaS nicht zwingend vom selben PaaS- oder IaaS-Anbieter stammen, so wird geschrieben „Some SaaS providers run on another cloud provider´s PaaS or IaaS service offering“. Der Nutzer muss lediglich benutzerspezifische Konfigu-rationen der Software vornehmen. Beispiele für SaaS-Anbieter sind Oracle CRM on De-mand, Salesforce.com und Netsuite (Sushil et al. 2010, S. 61-62).

Vorteile von IaaS

IaaS bietet dem Nutzer fünf essentielle Eigenschaften. „On-demand self service“ erlaubt die Anforderungen von Computerressourcen, wie Speicher und Antwortzeiten, ohne das eine menschliche Interaktion zwischen dem Nutzer und dem Service-Anbieter notwendig ist. „Broad network access“ erlaubt den Zugriff auf die Leistung über das Netzwerk. Dabei werden unterschiedliche Endgeräte unterschützt. „Ressource pooling“ verschleiert den Standort der Hardware-Ressourcen. Abhängig von der Nachfrage werden physische und virtuelle Ressourcen dynamisch zugewiesen. Das Angebot vom IaaS Anbieter bein-haltet die manuelle Auswahl des Server-Standortes auf einer abstrakten Ebene (Land, Staat oder Rechenzentrum). „Rapid elasticity“ führt zu einer dynamischen Anpassung der Bedürfnisse. Die Freigabe der Ressourcen erfolgt, abhängig von der nachgefragten Menge, automatisch. Durch „Measured service“ werden die Cloud-Systeme automatisch gesteuert und optimiert. Die Ressourcennutzung kann vom Nutzer als auch vom Anbie-ter überwacht werden und bietet die Möglichkeit der Transparenz für beide Akteure (Mell und Grance 2011, S. 6-7).

Ein Vorteil der sich durch die Nutzung von IaaS im Unternehmen ergibt, ist der damit verbundene Zustand der Hardware. Der Nutzer verwendet dabei die Leistung der neus-ten Hardware. Durch den Bezug von IaaS sind Themen wie Wertverlust, technische Überholung und die Wartung der Server unbedeutend geworden (Prodan und Oster-mann, 2009 S. 2-3).
Werden Leistungen vom IaaS-Anbieter nicht mehr benötigt, so kann durch die dynami-sche Anpassungsfähigkeit von IaaS, dass gebundenen Kapital freigesetzt werden. Ein Unternehmen ohne IaaS war zuvor selbst für den Einkauf und Wartung der Hardware

zuständig. Der Einkauf von Servern ist mit hohen initialen Investitionskosten verbun-den. Die IT-Organisation oder die verantwortlichen für das IT-Budget müssen nicht nur den aktuellen Hardware-Bedarf decken, sondern auch Berücksichtigen wie lange das Unternehmen mit der Hardware auskommen kann. Vor allem für Start-Up Unternehmen bietet sich das Konzept von IaaS an, um Risiken eine Fehlinvestition zu vermeiden. Durch den Bezug von IaaS werden auch langfristige vertraglichen Bindung mit Hard-ware-Herstellern vermieden. Dazu ergeben sich durch IaaS neue Planungspotentiale für den Lebenszyklus der eingesetzten Infrastruktur (Krcmar 2015, S. 725).
Bei IaaS handelt sich um einen neuen Ansatz, wie bereits vorhandene Technologien geliefert und verwaltet werden. Es kann dazu führen, dass durch die Umstellung auf die neuen Dienstleistungen, die IT-Organisation sich verändern wird. Durch den Abbau der IT-Infrastruktur werden neue Potentiale und Kostenersparnisse erreicht (Manvi et al. 2014, S. 425).

Abschließend ist zu erwähnen, dass ausschließlich in dieser Arbeit die Begriffe Cloud Computing und IaaS synonym verwendet werden. Durch die Definition von Cloud Com-puting nach Mell und Grance (2011, S. 6) geht hervor, dass Cloud aus drei Servicemo-dellen IaaS, PaaS und SaaS besteht. Durch diese Informationen wird angenommen, dass die Anteile gleich groß sind. Wird Abbildung 10 von Douglas (2003, o. S.) zu diesen Informationen hinzugefügt, so nimmt IaaS einen vergleichsweise großen Anteil von 5/7 (ca. 71%) ein. Durch die weitere Recherche der Literatur ist aufgefallen, dass die Vor-teile einer Cloud zu großen Teilen auch auf IaaS zutreffen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird darauf geachtet, dass Vorteile und Herausforderungen der Cloud sich nicht auf SaaS oder PaaS beziehen. Wird der Aufbau von IaaS in Abbildung 10 näher betrach-tet, so besteht IaaS aus Operation Systems, Virtualization, Server Storage, Networking und Datacenter. Wird IaaS auf das wesentliche aus Sicht des Unternehmens bzw. der IT-Organisation reduziert, so bleibt nur Server Storage übrig. Die anderen Aspekte von IaaS sind nicht weniger Wichtig und gerechtfertigt abgebildet zu werden. Allgemein stellt sich die Frage, welche der genannten Bestandteile für das Unternehmen relevant sind. Es wird die Behauptung aufgestellt, Unternehmen interessieren sich nur für den Standort der Server bzw. wo die Unternehmensdaten abgelegt werden. Die anderen Bestandteile bilden eher eine Grundvoraussetzung von IaaS. Während der Literatur-recherche ist aufgefallen das Autoren nicht explizit von IaaS-Herausforderungen, son-dern allgemein von Cloud-Herausforderungen berichten. Der Fachbegriff hierfür lautet Cloud-Migration.
Die Autorin Rouse (2012, o. S.) definiert Cloud-Migration als den Prozess, Daten, An-wendungen oder Geschäftseinheiten vom Unternehmen in die Cloud zu transferieren.