Basics Was bedeutet Cloud Computing?

Cloud Computing bezeichnet die Bereitstellung von Datenspeicher und Informationsverarbeitung über ein Netzwerk. Der Begriff Cloud legt nahe, dass ein Benutzer die Details der Leistungen wie Server, Speicher und Anwendungsprogramme nicht berücksichtigen muss.

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Das Cloud Computing ist eine der zentralen Technologien unserer Zeit. Sie fördert und beeinflusst Entwicklungen rund um das Internet of Things, Data Analytics, Künstliche Intelligenz und mehr.

Motivation für die Entwicklung von Cloud Computing

Ein handelsüblicher Desktop wird von praktisch allen Benutzern nur zu einem kleinen zweistelligen Prozentsatz tatsächlich ausgelastet. Dessen Kosten müssen aber zu hundert Prozent bezahlt werden. Wenn eine Organisation hunderte solcher Geräte betreibt, ergibt sich eine Situation mit massiven Ineffizienzen. Die Idee zu einem Pooling der Ressourcen liegt dann unmittelbar nahe. Noch größer sind die Effekte, wenn ein Pooling auf größere Rechner wie Webserver und die Hosts von Datenbanken angewendet wird.

Technische Voraussetzungen und Grundlagen für Cloud Computing

In der Cloud sollen Leistungen verfügbar gehalten werden, die sonst von einem Desktop direkt unter der Schreibtischplatte erbracht werden. Dafür ist es zwingend erforderlich, dass der Zugriff auf Speicher und Rechenleistung über das Netzwerk schnell genug ist. Diese Latenz muss so gering sein, dass sich die Nutzung der Cloud für den Menschen ähnlich wie die Arbeit mit einem lokal vorhandenen Rechner anfühlt.

Auch das Stichwort Virtualisierung spielt im Kontext von Cloud Computing eine Rolle. Konkret bedeutet das, dass ein Betriebssystem auf der Hardware eines Computers simuliert wird. Im Betriebssystem kann der Anwender Programme starten, diese und alle Systemfunktionen werden aber nicht direkt auf der Hardware, sondern virtuell in der Simulation ausgeführt. Damit lassen sich mehrere solche Betriebssysteme auf einem Rechner betreiben, womit dieser wesentlich besser ausgelastet werden kann. Dazu lassen sich verschiedene Betriebssysteme auf demselben Rechner hosten.

Definition von Cloud Computing

Virtualisierung ist eine weit verbreitete Technologie zur Umsetzung von Cloud Computing, für eine Cloud sind aber noch eine Reihe von anderen Bedingungen erforderlich:

• Vom Betreiber der Cloud werden konfigurierbare Ressourcen allen berechtigten Benutzern einfach zugänglich bereitgestellt.

• Die Nutzer der Cloud können die Leistungen ohne menschliche Vermittlung direkt über eine Netzwerkverbindung abrufen. Das dafür benutzte Endgerät spielt wenig bis keine Rolle, da die Zugriffsmethoden zu einem hohen Grad standardisiert sind.

• Die Art der Bereitstellung der Ressourcen in der Cloud wird vom Anbieter des Cloud Computing festgelegt. Diese Organisation wird im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Effizienz gewählt.

• Vom Nutzer sind Ressourcen aus der Cloud in weiten Leistungsgrenzen abrufbar.

• Der Nutzer bezahlt dabei nur diejenigen Leistungen, die er aus der Cloud tatsächlich bezogen hat. Dafür stellt der Anbieter des Cloud Computing geeignete Systeme für die Abrechnung zur Verfügung. Für den Nutzer ist der Umfang der Leistungen und ihre Bezahlung transparent.

Herkunft und Entwicklung des Cloud Computing

Unternehmen wie Amazon stellten Anfang der 2000er Jahre fest, dass sie mit sehr großen Unterschieden im Ressourcenbedarf konfrontiert waren. Spitzenzeiten waren etwa das Weihnachtsgeschäft mit einem Mehrfachen an Leistungsbedarf.

Als Lösung für die Bereitstellung der notwendigen IT-Ressourcen und ihrer Auslastung wurden Geräte für die Bewältigung von Spitzenlasten angeschafft, die zu anderen Zeiten Benutzern über das Internet zur Verfügung gestellt wurden. Auf diese Weise wurde Amazon zum mittlerweile weltgrößten Anbieter von Cloud Computing.

Zu den ersten Anwendungen gehörte die Bereitstellung von verhältnismäßig stark standardisierten Leistungen wie dem Angebot von Rechenzentren mit Servern und Massenspeicher. Dazu kamen Anwendungsprogramme für die Verarbeitung dieser Daten.

Mittlerweile hat sich Cloud Computing zu einer Plattform für Innovation und Experimente entwickelt. Nachdem auf Servern verschiedene Betriebssysteme virtualisiert werden können und damit auch zahllose Anwendungen, sind solche Experimente in der Cloud schnell und einfach möglich. Die Alternative wäre die Anschaffung von eigener Hardware und die Installation der gesuchten Umgebung. Sogar wenn dieser Aufwand geleistet würde, stellte sich das übliche Problem der mangelnden Auslastung.

Diese Möglichkeiten sind mittlerweile so attraktiv, dass die auf eigenen Geräten isolierte Bereitstellung von Software nicht mehr die Regel, sondern immer mehr die Ausnahme werden wird.

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Arten von Cloud Computing

Infrastructure as a Service (IaaS): Dem Benutzer wird Zugang zu Hardware wie Server und Cloud Speicher ermöglicht. Diese Version des Cloud Computing bietet sich an, wenn der Server genau auf die eigenen Bedürfnisse angepasst und entsprechend konfiguriert werden muss.

Platform as a Service (PaaS): Das Betriebssystem wird in der Cloud bereitgestellt und dazu Anwendungen, die für die Programme des Nutzers notwendig sind. Diese Anwenderprogramme werden vom Nutzer selbst installiert.

Software as a Service (SaaS): Der Nutzer erhält Anwenderprogramme, die er in der Cloud benutzen kann. Vom Nutzer kommen dann nur noch die Daten und aus der Cloud erhält er die Ergebnisse. Von allen Arten des Cloud Computing ist diese Version am einfachsten zu benutzen.

Bereitstellung von Cloud Computing

Auf verschiedenen Ebenen können sogenannte Broker eingeschaltet werden, um das Angebot an Cloud Computing flexibler zu machen. Ein Broker kann für den Nutzer aus dem Programm verschiedener Anbieter eine Kombination der gefragten Dienstleistungen zusammenstellen.

Damit steht nicht nur ein umfangreicheres Angebot zur Verfügung. Der Nutzer der Cloud wird so auch unabhängiger von einem einzigen Cloudanbieter.

Die Preisbildung erfolgt heute noch relativ langsam und entspricht in etwa dem Ablauf bei anderen Dienstleistungen im Bereich der Informationsverarbeitung. Die Art des Managements einer Cloud lässt aber schon heute erkennen, dass es für diese Preisbildung auch noch wesentlich bessere Möglichkeiten gibt. Gerade stark standardisierte Leistungen wie IaaS können von zahlreichen Anbietern bezogen werden. Die Preise lassen sich flexibel und sehr schnell durch das gerade herrschende Verhältnis von Angebot und Nachfrage bilden.

Anwendungen von Cloud Computing

Einfachere Anwendungen bestehen daraus, die bisher in einer eigenen Abteilung bereitgestellten IT-Ressourcen in die Cloud auszulagern. Das werden oft weit verbreitete und typische Aufgaben wie Buchhaltung sein, die in jeder Organisation anfallen.

Die große Flexibilität einer Cloud eröffnet aber noch erheblich weitergehende Möglichkeiten. In einer Cloud sind wesentlich höhere Niveaus von Rechenleistungen verfügbar und zwar auch für kleine Unternehmen, die sich solche selbst nicht leisten könnten. Damit sind Anwendungen wie Machine Learning möglich, die hohe Rechenleistung erfordern.

Von der Private Cloud on Premises über die Hybrid Cloud zur Public Cloud

Mit dem Begriff Cloud Computing verbinden viele die Idee, dass deren Dienstleistungen öffentlich zugänglich sein müssen. Das ist in einer Private Cloud allerdings nicht der Fall. Die gesamte Infrastruktur einer Cloud kann durchaus nur für eine Organisation eingerichtet werden und zwar bei Bedarf auch on premises, also ganz unter eigener physischer Kontrolle. Gründe dafür können die Notwendigkeit sein, Daten nicht in einem Cloud-Speicher unter der Kontrolle einer auswärtigen Organisation speichern zu dürfen.
Ein weiteres Beispiel für eine Private Cloud kann ein Haushalt sein, in dem zahlreiche Geräte zu einer Cloud zusammengefasst werden können. Damit wird der Bereich des Internet of Things berührt.

Die organisatorisch nächstgrößere Möglichkeit ist eine Community Cloud. Sie wird für eine Gruppe von Organisationen eingerichtet, die gewisse gemeinsame Merkmale besitzen. Auf diese Eigenschaften wird dann die Community Cloud ausgerichtet. Beispiele sind verschiedene Firmen der gleichen Branche oder verschiedene Teile einer Verwaltung.

Besonders interessant ist das Konzept der Hybrid Cloud. Hierbei kombiniert man private Cloudumgebungen mit öffentlichen Clouds. Ein zentraler Vorteil dieses Cloudhybrids ist die Möglichkeit, noch flexibler auf Lastspitzen reagieren zu können, indem man bei Bedarf das private Rechenzentrum um Kapazitäten öffentlicher Clouds ergänzt. Auch können so besonders sensible Daten lokal gespeichert oder verarbeitet werden, während weniger kritische Daten in Public Clouds liegen oder bearbeitet werden können, was die internen Ressourcen schont.
Es lässt sich aber auch beobachten, dass der Begriff synonym zu dem der Multicloud benutzt wird. Das Konzept baut auf der Beobachtung auf, dass die Methoden des Zusammenwirkens in einer Cloud auch auf mehrere Clouds anwendbar sind. Praktisch bedeutet eine solche Anwendung in vielen Fällen, dass die Leistungsfähigkeit einer Cloud erreicht ist und für weitere Zugriffe auf die Ressourcen anderer Clouds zurückgegriffen werden muss.

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Cloud Computing und das Internet of Things

Als einfaches Beispiel lässt sich die Beleuchtung eines Areals betrachten. Sie wird nur dann und nur dort eingeschaltet, wo sie wirklich gebraucht wird. Über GPS oder über andere Methoden zur Identifizierung von Kunden wird dann abgerechnet, wieviel Leistung tatsächlich in Anspruch genommen wurde.

In solchen Anwendungen wird eine Cloud als Informationsverarbeitung und eine Cloud von Dingen mit bestimmter Funktion kombiniert. Die Geräte, also in diesem Fall die Beleuchtung, gehören einem Anbieter, der den Nutzern nicht die Kosten für die Beleuchtung, sondern nur für das Licht verrechnet.

Eine Beleuchtung eines Areals ist nur ein erstes Beispiel für die enormen Möglichkeiten, die sich in diesem Bereich auftun. Von einem Smart Home über ein Smart Grid zur Stromversorgung spannt sich der Bogen bis zu einer ganzen Smart City.

Vorteile von Cloud Computing

Skalierbarkeit: Rechenleistung und Speicher sind für den Nutzer in praktisch unbegrenztem Ausmaß verfügbar. Gerade wenn hohe Leistung nur für kurze Zeit in Anspruch genommen werden muss, wird Cloud Computing oft die einzige Option sein, diesen Bedarf wirtschaftlich tragbar abzudecken. Beispiele für solche Anwendungen kommen aus dem Bereich des Machine Learning.

Höhere Qualität von Dienstleistungen: Ein Cloudanbieter kann sich eigene Teams von Spezialisten für spezifische Aufgaben wie Cyber Security leisten, was ein mittleres Unternehmen oft nicht kann. Ist eine entsprechende Dienstleistung beispielsweise als Abo-Service verfügbar, profitieren alle Kunden im Cloud Computing von einem Spitzenniveau von Lösungen.

Aktualisierung von Software: Wird Software as a Service (SaaS) genutzt, stellt sich nicht zuletzt im Zusammenhang mit der Sicherheit natürlich die Frage der Updates und des Einspielens von Patches für erkannte Sicherheitslücken. In einer Cloud werden diese Aufgaben dem Kunden vom Anbieter abgenommen. Als Nutzer kann man sich also darauf verlassen, dass man immer mit der neuesten Softwareversion im bestmöglich gesicherten Umfeld arbeitet.

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Risiken und Herausforderungen von Cloud Computing

Datenschutz: Auf einem Server in der Cloud eines externen Anbieters hat der Nutzer nicht mehr die volle Kontrolle über seine Daten. Das ist einer der Gründe, warum manche Unternehmen eine eigene Private Cloud einrichten. So können sie zumindest manche Vorteile des Cloud Computing nutzen, wie zum Beispiel die zentrale Bereitstellung und Betreuung von Leistungen und die einfache Art des Zugriffs.

Zuverlässigkeit der Speicherung: Was geschieht mit den Daten, wenn der Cloudanbieter in Insolvenz geht? In vielen Fällen wird dieses Problem durch ein eigenes Backup lösbar sein. Es sollte aber jedem Nutzer von Cloud Computing klar sein, dass die Server des Anbieters aus einer Reihe von Gründen ganz plötzlich nicht mehr erreichbar sein können.

Lock-in: Mit einer externen Cloud ist eine gewisse Abhängigkeit vom Anbieter kaum zu vermeiden, denn Nutzervereinbarungen können durch die Besitzer einer Lizenz auch kurzfristig geändert werden. Neben diesem rechtlichen Aspekt besteht auch eine Abhängigkeit in technischer Hinsicht.

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