Anforderungen an Datennetze durch Cloud Computing

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1 Titel

Name des Autors / der Autoren: Jens Diekert, Philipp Hoy
Titel der Arbeit: Anforderungen an Datennetze durch Cloud Computing
Hochschule und Studienort: FOM Essen


2 Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis


3 Abkürzungsverzeichnis

AbkürzungBedeutung
ADSLAsynchronous Bitrate Digital Subscriber Line
APIApplication Programming Interface
ASPApplication Service Providing
ATMAsynchronous Transfer Mode
BANBody Area Network
CoSClass of Service
CSMA/CACarrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access / Collision Detection
DDEDatenendeinrichtung
DiffServDifferentiated Services
DSLDigital Subscriber Line
DÜEDatenübertragungseinrichtung
EC2Elastic Computing Cloud
EDGEEnhanced Data rates for GSM Evolution
EDVElektronische Datenverarbeitung
FDDIFibre Distributed Data Interface
GANGlobal Area Network
GPRSGeneral Packet Radio Service
HSDPAHigh-Speed Downlink Packet Access
IaaSInfrastructure as a Service
IntServIntegrated Services
ISDNIntegrated Services Digital Network
ISPInternet Service Provider
LANLocal Area Network
MANMetropolitan Area Network
MPLSMultiprotocol Label Switching
PaaSPlatform as a Service
PANPersonal Area Network
PCPersonal Computer
PDHPlesiochronous Digital Hierarchy
QoSQuality of Service
SaaSSoftware as a Service
SDHSynchronous Digital Hierarchy
SONETSynchronous Optical Network
UMTSUniversal Mobile Telecommunications System
VDSLVery High Bitrate Digital Subscriber Line
VLANVirtual Local Area Network
VPNVirtual Private Network
WANWide Area Network
WBANWireless Body Area Network
WLANWireless Local Area Network
WPANWireless Personal Area Network

4 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.Abbildung
1Übertragungsmedien
2Zugriffsverfahren CSMA/CD
3Token Ring
4FDDI
5WLAN nach IEEE 802.11
6VLAN
7VPN
8Internetanschlüsse in Deutschland 2008
9Zwei Trends verschmelzen - Cloud Computing entsteht
10Die drei Ebenen des Cloud Computing
11Software-as-a-Service Szenario
12Platform-as-a-Service

5 Tabellenverzeichnis

Tabelle Nr.Quelle
1Bitraten Ethernet Netzwerktechnologien
2Bitraten Token Ring, FDDI
3Bitraten WLAN Technologien
4Bitraten ATM
5Bitraten SDH
6Bitraten Metropolitan Ethernet
7Bitraten kabelgebundene Verbundnetztechnologien
8Bitraten kabellose Verbundnetztechnologien

6 Einleitung

Gut ein Vierteljahrhundert nach der Erfindung des Personal Computers steht seine Zukunft in Frage und der World Wide Computer -das Cloud Computing- in den Startlöchern. Von den einen als Hype verschrien und von anderen als die große Revolution angepriesen spaltet er die Meinungen in der gesamten IT-Welt. Anwendungen und Ressourcen wandern ins Netz und sollen bedarfsgerecht gemietet, der lokale PC überflüssig werden. Und selbst die Vergangenheit lehrt uns, dass Cloud Computing lediglich der nächste logische Schritt ist, um die Kosten in Unternehmen weiter zu optimieren. Moderne Elektrizitätsnetze beendeten im 19. Jahrhundert das Zeitalter der Generatoren, die damals noch in vielen Fabriken standen. Brunnen in den Hinterhöfen wichen weitverzweigten Rohrnetzen, die das Wasser auch über entfernte Distanzen zuverlässig transportieren konnten. Bereits zweimal wurde eine Ära der Selbstversorger durch die Möglichkeiten neuer Netzstrukturen beendet und das was Kraftwerke für Wasser und Strom sind, könnten große Rechenzentren für das Informationszeitalter werden.[1] IT könnte zu einem ähnlichen Massenprodukt wie Wasser oder Strom werden, das die Nutzer über ein weitgespanntes Netzwerk erreicht und zu jeder Zeit in beliebiger Menge abrufbar ist.

Sowohl damals als auch heute hängt die Umsetzung vor allem von den Fähigkeiten des Netzwerkes ab. Bei der Idee des Cloud Computing müssen große Menge an Daten zuverlässig hin- und hergeschickt werden können. Die leistungsstärksten Rechenzentren bringen nur wenig, wenn die Leitungen zwischen ihnen nicht ausreichend dimensioniert sind und die Netzwerkinfrastruktur nicht ordnungsgemäß gewartet wird. Doch sind heutige Datennetze bereits für das Outsourcing von Diensten in die Wolke geeignet? Wie zuverlässig sind Datennetze? Welche Ansprüche stellen Unternehmen an Datennetze, um den Schritt ins Cloud Computing zu wagen? Was erwartet Konsumenten durch die Inanspruchnahme von Diensten aus der Cloud?

Ihm Rahmen dieser Fallstudie sollen diese Fragen geklärt werden und die Anforderungen an Datennetze durch Cloud Computing analysiert werden. Hierzu werden zunächst aktuell eingesetzte Technologien im Bereich Datennetze beschrieben. In weiteren Schritten werden die grundlegenden Aspekte des Cloud Computing und die verschiedenen Dienste und Einsatzszenarien aufgezeigt. Abschließend werden dann sowohl technische als auch damit verbundene organisatorische Anforderungen an Datennetze erörtert und mögliche Lösungsansätze beschrieben.

7 Grundlagen

7.1 Datennetze

Abbildung 1: Übertragungsmedien
Abbildung 1: Übertragungsmedien[2]

Datennetze bestehen laut DIN 44302 aus mindestens zwei Datenstationen, die über eine Kommunikationseinrichtung miteinander verbunden sind. Nach der Norm besteht eine Datenstation aus der Datenendeinrichtung (DEE) und der Datenübertragungseinrichtung (DÜE). Die Schnittstelle zwischen Datenendeinrichtung und Datenübertragungseinrichtung ist mit ihren Funktionen in DIN 66020 und 66021 genormt. Die Datenendeinrichtung ist eine Funktionseinheit, welche Daten senden und/oder Daten empfangen kann. Die Datenübertragungseinrichtung besteht aus einem Signalumsetzer und einer Anschalteinheit. Die Aufgabe der Datenübertragungseinrichtung ist die Anpassung der gesendeten Signale der Datenendeinrichtung an den Übertragungsweg. Der Übertragungsweg ist die Verbindung von Datenstationen durch Übertragungsmedien, auf denen codierte Informationen durch elektrische oder optische Signale oder durch elektromagnetische Wellen übermittelt werden.[3] Das Ziel von Datennetzen ist es somit Informationen zu übertragen und dabei die Distanz zwischen den Datenstationen zu überwinden.

Datennetze lassen sich in unterschiedlichster Weise klassifizieren. Man unterscheidet zum Beispiel zwischen physischer und logischer Struktur. Die physische Struktur besteht aus passiven (Steckverbindungen, Übertragungsmedium) sowie aktiven (Router, Repeater) Komponenten. Hier unterscheidet man zwischen leitergebundenen und nicht leitergebundenen Medien (vgl. Abb. X). Planungen im Bereich der physischen Struktur sollten strategisch langfristig geplant werden, da Änderungen in diesem Bereich meistens hohe Kosten verursachen. Im Gegensatz dazu sind die Kosten für die Änderungen an logischen Datennetze meist geringer, weil diese auf die vorhandene physische Struktur aufbauen.[2] Datennetze lassen sich zudem noch nach weiteren Kriterien unterteilen:[4]


  • Art der übertragenen Daten
    • Laute
    • Daten
    • Fax, Bilder
    • Multimedia
  • Eigner und Zugangsmöglichkeit
    • privat
    • halböffentlich
    • öffentlich
  • Übertragungsgeschwindigkeit
    • Schmalbandnetze
    • Weitbandnetze
    • Breitbandnetze
  • Netztopologie
    • Bus
    • Ring
    • Stern
    • Baum
    • Vermascht
  • Zugriffsverfahren
    • Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
    • Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance
    • Carrier Sense Multiple Access / Collision Resolution
    • Token Passing
  • räumliche Ausdehnung
    • Body Area Network
    • Personal Area Network
    • Local Area Network
    • Metropolian Area Network
    • Wide Area Network
    • Global Area Network
    • ---------------------------------
    • Storage Area Networks
    • Storage Wide Area Networks
  • Funktion
    • Front-End-Netz
    • Back-End-Netz
    • Backbone-Netz
  • Vermittlungsprinzipien
    • Diffusionsnetz (keine Vermittlung)
    • Circuit Switching (Durchschalte- oder Leitungsvermittlung)
    • Store and Forwared Switching (Speicher- oder Paketvermittlung)


7.1.1 lokale Netze

Als lokale Netze werden Datennetze bezeichnet deren Ausbreitung geringer als ein Kilometer ist. Lokale Netze lasen sich wiederum in sechs Netztypen unterteilen:

  • Ausdehnung < ~1m
    • Body Area Network (BAN)
    • Wireless Body Area Network (WBAN)
  • Ausdehnung < ~10m
    • Personal Area Network (PAN)
    • Wireless Personal Area Network (WPAN)
  • Ausdehnung < ~1000m
    • Local Area Network (LAN)
    • Wireless Local Area Network (WLAN)


Sowohl Body Area Network, Wireless Body Area Network, Personal Area Network, sowie Wireless Personal Area Network spielen im Zusammenhang mit Cloud Computing keine Rolle und werden nur der Vollständigkeit halber aufgeführt.

7.1.1.1 Ethernet

Im Local Area Network hat sich Ethernet nach IEEE 802.3 als Standard etabliert.[5] IP ist das Standardprotokoll für die Adressierung.

Abbildung 2: Zugriffsverfahren CSMA/CD
Abbildung 2: Zugriffsverfahren CSMA/CD[6]

Das Zugriffsverfahren auf das Übertragungsmedium ist das Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection (CSMA/CD) Verfahren. Es ist ein nicht-deterministisches Zugriffsverfahren, bei dem die Datenstationen um den Zugriff auf das Übertragungsmedium konkurrieren.[7] Bei diesem Verfahren haben alle Datenstationen gleichzeitig und gleichberechtigt Zugriff auf das Übertragungsmedium (multiple access). Vor dem Senden hören die Datenstationen das Übertragungsmedium ab, ob bereits auf dem Übertragungsmedium gesendet wird (carrier sende). Ist das Übertragungsmedium belegt, wartet die Datenstation mit dem Senden. Ist es frei, beginnt die Datenstation mit dem Sendevorgang. Auf Grund von einem gleichzeitigen Start der Übertragung kann es zu einer Kollision auf dem Übertragungsmedium kommen, welche von den Datenstationen bemerkt wird (collision detection). Die Datenstation, die die Kollision erkannt hat, sendet ein JAM-Signal und die Datenübertragung wird abgebrochen. Um eine weitere Kollision zu vermeiden wird eine zufällige Zeit gewartet bevor der Sendeprozess erneut gestartet wird.[8] In Abhängigkeit von der Ethernet Spezifikation und Verkabelung sind unterschiedliche theoretische Reichweiten und Bandbreiten möglich (siehe Tabelle 1).

Standard Medium Reichweite Bitrate
10Base-2 Koaxialkabel (RG-58) 185m 10 Mbit/s
10Base-5 Koaxialkabel (RG-8) 500m 10 Mbit/s
10Base-T TP-Kabel Cat. 3 oder Cat. 5 100m 10 Mbit/s
100Base-TX TP-Kabel Cat. 5 100m 100 Mbit/s
100Base-SX Multimode-Faser 412m 100 Mbit/s
100Base-FX Multimode-Faser 2000m 100 Mbit/s
1000Base-T TP-Kabel Cat. 5e 100m 1 GBit/s
1000Base-SX Multimode-Faser 550m 1 GBit/s
1000Base-LX Singlemode-Faser 5000m 1 GBit/s

Tabelle 1: Bitraten Ethernet Netzwerktechnologien [9]

7.1.1.2 Token Ring
Abbildung 3: Token Ring
Abbildung 3: Token Ring[10]

Eine weitere Vernetzungstechnik im LAN ist Token-Ring nach IEEE 802.5, welche nach dem Token-Passing-Verfahren arbeitet. Token-Ring-Technik wird nicht mehr in neuen Netzen eingesetzt, allerdings gibt es immer noch Netze, die Token-Ring-Technik einsetzen.

Hierbei wird ein Token im Kreis von Datenstation zu Datenstation gesendet. Es handelt sich um ein deterministisches Verfahren, da exakt vorherbestimmt ist, welche Datenstation als nächstes das Token erhält. Im Gegensatz zu CSMA/CD sind alle Datenstationen an der Weitergabe des Tokens beteiligt. Wenn eine Datenstation Daten senden möchte, setzt sie das Token Bit von null ( =frei) auf eins and hängt Adressen, Nutzdaten, sowie Prüfbits an. Jede Datenstation schaut jetzt, ob das Token an sie adressiert ist. Sind die Daten für die Datenstation, so kopiert die Datenstation die Daten und quittiert den Datenempfang. Der Absender setzt das Token Bit nach Überprüfung der Quittung wieder auf null.

In jedem Token-Ring gibt es zudem eine Monitorstation, welche eine beliebige Datenstation sein kann. Diese sorgt dafür, dass jeweils nur ein Token existiert bzw. ein neues Token generiert wird, falls das vorherige verloren gegangen ist.[11] Daneben kontrolliert die Monitorstation, dass Datensendungen den Ring nicht ein zweites Mal durchlaufen. Durch die kollisionsfreie Übertragung erreicht das Token-Ring-Verfahren höhere Durchsatzraten als Ethernet.[12]

7.1.1.3 FDDI
Abbildung 4: FDDI
Abbildung 4: FDDI[10]

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ist ein ANSI Standard und nutzt ebenfalls das Token-Passing-Verfahren. Anders als beim Token-Ring werden bei FDDI zwei Ringe (primärer und sekundärer Ring) aus Lichtwellenleiter (LWL) als Übertragungsmedium genutzt. FDDI unterscheidet zwischen Class A ("dual-attached") und Class B ("single-attached") Datenstationen. Class A Datenstationen werden direkt in das FDDI Netz integriert. Class A Stationen mit zwei MAC Einheiten können auch in beiden Ringen gleichzeitig senden und empfangen, was die Bandbreite theoretisch auf 200 Mbit/s erhöht. Class B Datenstationen werden meist über Konzentratoren angeschlossen, so dass bei einem Ausfall der Datenstation der Ring nicht unterbrochen wird, da der Konzentrator die defekte Datenstation überbrückt. Durch den Einsatz von Konzentratoren sind auch Baum oder Stern Topologien in einem FDDI Netz umsetzbar. FDDI bietet aber noch einen weiteren Vorteil gegenüber dem Token-Ring, denn es ist selbstheilend. Das heißt, unterbricht eine Station den Sendefluss im Ring, wird das von den beteiligten Stationen bemerkt und der Ring an die angrenzenden Datenstationen geschlossen.[13]




Standard Medium Reichweite Bitrate
Token-Ring TP-Kabel 100m 4 Mbit/s
High Speed Token-Ring TP-Kabel 100m 16 Mbit/s
FDDI Singlemode-Faser oder Multimode-Faser 100km 200 Mbits/s

Tabelle 2: Bitraten Token Ring,FDDI

7.1.1.4 WLAN
Abbildung 5: WLAN nach IEEE 802.11
Abbildung 5: WLAN nach IEEE 802.11[14]

Drahtlose Verbindungen wie Wireless Local Area Network (WLAN) nach IEEE 802.11 gewinnen in lokalen Netzen immer mehr an Bedeutung.[15] WLAN nutzt beim Zugriff auf das Übertragungsmedium Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance (CSMA/CA). Dieses Verfahren ist ähnlich dem CSMA/CD aus dem Ethernet. Der Unterschied ist, dass die Datenstation die senden möchte ein RTS-Signal (request-to-send) in die Luft sendet, in dem Informationen über das Ziel und den Umfang der Daten enthalten sind. Der adressierte Empfänger schickt ein CTS-Signal (clear-to-send), welches alle Datenstationen im Empfangsbereich darüber informiert, dass das gemeinsame Übertragungsmedium belegt sein wird. Danach beginnt die eigentliche Datenübertragung. Nach Abschluss der Übertragung wird noch ein ACK-Signal (acknowledge) vom Empfänger gesendet, der damit den vollständigen Empfang der Daten quittiert. Durch dieses Prinzip wird verhindert, dass Datenstationen außerhalb des Empfangsbereiches des Senders mit dem gleichen Empfänger Daten auszutauschen versucht. Bei vielen beteiligten Datenstationen kann dieses Verfahren allerdings zu deutlichen Verzögerungen führen.[16]

WLAN kann in zwei Betriebsarten betrieben werden, dem "ad-hoc"-Modus und dem "infrastructure"-Modus. Beim "ad-hoc"-Modus handelt es sich um direkte 1:1 Verbindungen der Datenstationen untereinander. Im "infrastructure"-Modus stehen mit BSS (basic service set) und ESS (extended service set) zwei Konfigurationen zur Verfügung. In beiden Konfigurationen verbinden sich die Datenstationen mit einem Access Point. Sind mehrere Access Points miteinander verbunden spricht man von der ESS Konfiguration.[17]

Da der Zugang zum Übertragungsmedium in nicht leitergebundenen Netzen nicht so einfach zu kontrollieren ist wie bei leitergebundenen werden häufig noch Verschlüsselungsverfahren wie WEP oder WAP bzw. WAP2 angewendet. Dies und weitere Faktoren führen dazu, dass die tatsächliche Durchsatzrate bei WLAN deutlich unter den technischen Möglichkeiten liegt und stark durch den Einfluss der Umgebungsbedingungen schwankt.


Standard Frequenz Kanäle Bitrate
802.11a 5,15 GHz - 5,725 GHz 19 54 Mbit/s
802.11b 2,4 GHz - 2,4835 GHz 14 (13 in Europa) 11 Mbit/s
802.11g 2,4 GHz - 2,4835 GHz 14 (13 in Europa) 54 Mbit/s
802.11n* 2,4 GHz und/oder 5 GHz 600 Mbit/s

(*) ist noch nicht abschließend vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beschrieben worden.

Tabelle 3: Bitraten WLAN Technologien[18]

7.1.2 nicht lokale Netze

Als nicht lokale Netze werden Datennetze bezeichnet, deren Ausbreitung größer als ein Kilometer ist. Nicht lokale Netze lasen sich wiederum in drei Netztypen unterteilen:

  • Ausdehnung < ~100km
    • Metropolitan Area Network (MAN)
  • Ausdehnung < ~10Tkm
    • Wide Area Network (WAN)
  • Ausdehnung < ~∞km
    • Global Area Network (GAN)


Die eingesetzten Techniken im MAN/WAN/GAN Bereich gleichen sich, da auch die Übergänge der einzelnen Datennetze fließend sind und es hauptsächlich darauf ankommt große Datenmengen schnell über weite Strecken zu transportieren. Meist übernimmt ein sogenannter Service Provider (z.B. Telefonanbieter) die Übermittlung. Das bedeutet für Kunden, dass kein eigenes Weitstreckennetz aufgebaut werden muss, sondern er diese Strecke als Dienstleistung mieten kann. Man unterscheidet zwischen Punkt-zu-Punkt Verbindungen, Leitungsvermittlung und Paketvermittlung. Die Kommunikation bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung findet auf einem einzelnen, festgelegten Übertragungsweg statt. Die Kosten werden in der Regel über Bandbreite und Entfernung ermittelt. Bei der Leitungsvermittlung wird eine Verbindung bei Bedarf aufgebaut und nach dem Senden der Informationen wieder abgebaut. Bei der Paketvermittlung werden meist Daten mehrer Kunden zusammen gefasst und als Datenpakete übertragen. Da die Infrastruktur so von mehreren Kunden gleichzeitig genutzt werden kann, ist diese Art der Vermittlung die kostengünstigste sowie meist verbreiteste.[19] Zu den paketvermittelnden Diensten gehören z. B. Frame Relay, Asynchronous Transfer Mode (ATM), Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH) sowie Synchronous Digital Hierarchy (SDH)/Synchronous Optical Network (SONET), wobei Frame Relay und PDH als veraltet gelten. Auch Ethernet baut seine Bedeutung im MAN/WAN Bereich unter dem Namen Metropolitan Ethernet weiter aus.


7.1.2.1 Frame Relay

Frame Relay ist ein asynchrones Zeitmultiplexverfahren für den MAN/WAN Bereich, das mit variablen Framelängen arbeitet. Jede Verbindung hat eine bestimmte Mindestübertragungsrate, welche jedoch bei freien Kapazitäten weit überschritten werden kann. Die Datenraten im Frame Relay liegen im Bereich von 64Kbit/s in ganzzahligen Vielfachen bis zu 2048 Mbit/s. Als Übertragungsinfrastruktur kann SDH bzw. PDH verwendet werden. [20]

7.1.2.2 ATM

Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist eine Übertragungstechnik (asynchrones Zeitmultiplexing) im MAN/WAN Bereich. ATM arbeitet im Gegensatz zu Ethernet verbindungsorientiert und mit dem Konzept der Zellvermittlung, das heißt kleine Pakete in festen Längen. Dies steht ebenfalls im Gegensatz zum Ethernet, welches mit variablen Längen arbeitet. Zur Überlastungssteuerung und Kontrolle ob die Verkehrswege eingehalten werden nutzt ATM ein eigenen Quality of Service Dienst. Dieser prüft beim Verbindungsaufbau, ob eine Dienstgüte für die Verbindung garantiert werden kann. Ist dies der Fall wird eine Verbindung aufgebaut, andernfalls nicht. Während der Übertragung überprüft ATM, ob die zugesicherten Eigenschaften noch eingehalten werden. Andernfalls werden die Zellen markiert und bei Netzüberlastung verworfen. Alternativ können diese Zellen auch direkt verworfen werden. Überlastung versucht ATM durch möglichst gleichmäßiges Verteilen des Zellstromes ("traffic shaping") zu vermeiden. [21]

Bitrate
2 Mbit/s
34 Mbit/s
155 Mbit/s
622 Mbit/s

Tabelle 4: Bitraten ATM: Geschwindigkeit ist abhängig vom eingesetzten Medium[22]

7.1.2.3 SDH

Synchronous Digital Hierarchy (SDH) ist ein Zeitmultiplexverfahren, dass im Gegensatz zu Plesiochrone Digitale Hierarchie (PDH) synchron arbeitet. SDH ist abgeleitet aus dem Synchronous Optical Network (SONET). Heute sind die Unterscheide nur noch gering und beide Techniken sind auch interoperabel. Ziel von SDH ist die bestmögliche Ausnutzung der von Glasfasern gebotenen Übertragungskapazität. Die Topologie von SDH ist ähnlich wie FDDI mit einem Doppelring aufgebaut. Im störungsfreien Betrieb wird nur ein Ring genutzt, ein zweite dient als Reserve. SDH ist auch in der Lage ATM-Zellen und PDH-Multiplex-Signale zu vermitteln.[23]


Standard SDH Standard SONET Bitrate
STM-1 STS-3 155,52 Mbit/s
STM-4 STS-12 622,08 Mbit/s
STM-16 STS-48 2488,32 Mbit/s
STM-64 STS-192 9953,28 Mbit/s

Tabelle 5: Bitraten SDH: dargestellt die Standardmäßig verwendeten SDH Stufen[24]

7.1.2.4 Metropolitan Ethernet

Metropolitan Ethernet (kurz: Metro Ethernet) bezeichnet Ethernet, welches im MAN/WAN Bereichen zum Einsatz kommt. Es arbeitet verbindungslos und mit variablen Paketlängen. Jedoch wird nicht immer "reines" Ethernet im MAN/WAN Bereich angeboten. Vielmehr wird Ethernet über SDH (SONET) oder Ethernet über MPLS angeboten. Dabei wird an beiden Schnittstellen zum MAN/WAN eine Ethernet Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Der eigentliche Datentransport erfolgt über SDH (SONET) oder MPLS. Gründe hierfür sind u. A., dass Ethernet noch Schwächen in der Skalierbarkeit, bei QoS-Garantien und der Resilienz hat. [25]


Standard Medium Reichweite Bitrate
10GBase Multimode-Faser 300m 10 GBit/s
10GBase-L Singlemode-Faser 10000m 10 GBit/s
10GBase-E Singlemode-Faser 40000m 10 GBit/s

Tabelle 6: Bitraten Metropolitan Ethernet [26]

7.1.2.5 MPLS

Das Multiprotocol Label Switching (MPLS) ist eine Technik zum Weiterleiten von IP-Paketen. Dieses geschieht aber nicht mehr anhand der IP-Adresse (Layer 3 OSI-Referenzmodell), sondern von hinzugefügten kurzen Labels (Layer2 OSI-Referenzmodell). Aufgrund der Länge des Labels sind keine global eindeutigen Labels erstellbar. Vielmehr handelt es sich dabei nur um lokal gültige Labels. Dieses bringt einen allgemeinen Geschwindigkeitsvorteil mit sich, da der Durchsatz an Daten durch den Router erhöht wird, indem nur noch kurze Labels ausgewertet werden müssen anstatt der kompletten IP-Adresse. Da das Label immer nur für eine Teilstrecke verwendet wird, muss durch das sogenannte "label swapping" von jedem Router ein neues Label hinzugefügt werden. Der letzte Router entfernt das Label und leitet die Pakete zum Empfänger weiter.

MPLS bietet insgesamt wesentliche Vorteile in 5 Bereichen:

  • Leistungsfähigkeit

Die Anzahl der gerouteten Pakete pro Sekunde ist mit MPLS deutlich höher.

  • Traffic Engineering

Die Ziele des Traffic Engineerings werden durch die verbindungsorientierten Eigenschaften von MPLS leichter erreicht: - Ressourcenzuteilung bei bekannter Last - hohe Auslastung der Netze ohne lokale Überlast durch gleichmäßige Verteilung der Datenströme im Netz - Berücksichtung variierender Last durch dynamisches Routing

  • QoS-Unterstützung

Die Quality of Service kann bei hochbelasteten Netzen von IntServ und DiffServ unzureichend sein. MPLS bietet hier mit verbindungsorientierten Eigenschaften bessere Möglichkeiten.

  • VPN-Unterstüzung

Pakete unterschiedlicher VPNs können sicher getrennt werden. Auch kann jedem VPN eine bestimmte QoS zugesichert werden.

  • Multiprotokoll-Unterstüzung

MPLS kann zwischen IP, ATM, Frame Relay und SDH als Zwischennetz eingesetzt werden.[27]

7.1.3 virtuelle Netze

Neben den physischen Datennetzen gibt es noch virtuelle Datennetze. Diese virtuellen Datennetze setzen auf die physische Struktur auf und bilden eine eigene, logische Struktur. Somit ist es kostengünstig möglich, Defizite an der vorhanden Struktur aufzuheben, flexiblere Strukturen zu schaffen und/oder die Sicherheit zu erhöhen.

7.1.3.1 VLAN
Abbildung 6: VLAN
Abbildung 6: VLAN[28]

Im LAN Bereich wird dabei die VLAN-Technik (Virtual Local Area Network) verstärkt eingesetzt. Wie in Abbildung X zu sehen ist es mit VLAN-Technik möglich logische Netze auszubauen, die voneinander getrennt sind, obwohl diese auf einem Switch angesteckt sind. Des Weiteren können räumlich getrennte Datenstationen zu einem Netz zusammengefügt werden. Dies wird dadurch realisiert, dass den Ethernet-Paketen sogenannte VLAN-Tags hinzugefügt werden. Anhand dieser Kennung können die entsprechen konfigurierten Ports die Daten weiterleiten oder blockieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich durch die Aufspaltung in kleine Netze die Broadcastdomänen ebenfalls verkleinern.[2]

7.1.3.2 VPN
Abbildung 7: VPN
Abbildung 7: VPN[29]

Virtual Private Network (VPN) ist grob gesagt ein Datennetz das dazu dient, Informationen über ein öffentliches Datennetz auszutauschen. Besonders von Firmen wird diese Technik genutzt, um ihre dezentralen Standorte miteinander zu verbinden und auf gemeinsame Ressourcen zuzugreifen. In der Regel unterscheidet man zwischen Remote Access VPNs und Branch Office VPNs. Beim Remote Access VPN wird dem Benutzer z. B. die Möglichkeit geboten, über das Internet auf das Firmennetz zuzugreifen. Dabei spielt es keine Rolle, welche Internettechnologie zur Einwahl ins Internet genutzt wurde. Der Benutzer braucht lediglich einen VPN Client, mit dem er über das Internet durch das VPN Gateway auf das Firmennetz zuzugreifen kann. Man spricht von einem VPN Tunnel. Die VPN-Lösung ist viel kostengünstiger als ein Firmennetzwerkfernzugriff über einen klassischer Remote Access Concentrator. Einer der Hauptgründe zur Benutzung eines Office Branch VPN ist ebenfalls der Kostenfaktor, denn Branch Office VPN verbindet wie andere Techniken aus dem MAN/WAN-Bereich ganze Standorte.[30]

7.1.4 Verbundnetze

Verbundnetze werden anhand ihrer Bandbreite in drei Kategorien unterteilt und bilden den Zugang von einem privaten Datennetz zu einem öffentlichem Datennetz, wie z. B. dem Internet.

  • Schmalbandnetze
    • bis 2,048 Mbit/s (Europa) bzw. 1,544 Mbit/s (USA)
  • Weitbandnetze
    • 2,048 bis 45 Mbit/s (Europa) bzw. 1,544 bis 34 Mbit/s (USA)
  • Breitbandnetze
    • über 45 Mbit/s (Europa) bzw. über 34 Mbit/s (USA)

[4]


Abbildung 8: Internetanschlüsse in Deutschland 2008
Abbildung 8: Internetanschlüsse in Deutschland 2008[31]

In Deutschland verfügen mittlerweile ca. 70 % der Haushalte über einen Internetanschluss (Stand 2008). Davon haben rund die Hälfte einen Breitbandzugang. Dabei bewegt sich der Trend weg von den klassischen DesktopPCs und hin zu mobilen Geräten wie tragbaren Computern oder Mobiltelefonen. [31]

Der Begriff "Weitband" findet im Alltag keine häufige Verwendung, es wird schon bei Bandbreiten von über 128Kbit/s von "Breitbandzugängen" gesprochen. [32]

Der Zugang zu einem Verbundnetz wie dem Internet erfolgt in der Regel über einen Internet Service Provider (ISP). Dabei kommen verschiedene Übertragungstechniken mit unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz, die den beiden Tabellen (X und x2) entnommen werden können. Die Übersicht stellt nur die technischen Fakten dar und kann von angebotenen Leistungen des ISP abweichen.


Standard Medium Bitrate
Datenmodem TP-Kabel (Telefonleitung) bis zu 56 Kbit/s
ISDN TP-Kabel (Telefonleitung) 64 Kbit/s bzw. 128 Kbit/s bei Kanalbündelung
ADSL TP-Kabel (Telefonleitung) bis zu 6 Mbit/s Downstream, 0,5 Mbit/s Upstream
ADSL2 TP-Kabel (Telefonleitung) bis zu 20 Mbit/s Downstream, 1 Mbit/s Upstream
VDSL Lichtwellenleiter bis zu 50 Mbit/s Downstream, 5 Mbit/s Upstream
VDSL2 Lichtwellenleiter bis zu 100 Mbit/s Downstream, 10 Mbit/s Upstream
Kabel Koaxialkabel (Antennenkabel) bis zu 32 MBit/s im Downstream, 2,5 MBit/s Upstream
T1 TP-Kabel 1,544 Mbit/s
T3 Koaxialkabel 44,736 Mbit/s

Tabelle 7: Bitraten kabelgebundene Verbundnetztechnologien

Standard Bitrate
GPRS bis zu 171,2 kbit/s
EDGE bis zu 473 kbit/s
UMTS bis zu 2 Mbit/s
HSDPA bis zu 13,98 Mbit/s

Tabelle 8: Bitraten kabellose Verbundnetztechnologien

7.1.5 Quality of Service

"Quality of Service" (QoS) bezeichnet und umfasst die Garantie der

Zuverlässigkeit eines Netzwerkdienstes mit durchschnittlicher Verlust- und Fehlerrate,

Isochronität (verzögerungsfreie Übertragung) mit Angabe der maximal zulässigen Verzögerung und Verzögerungsschwankung."[33]


Die Verlustrate beschreibt den Prozentsatz von Datenpaketen die nicht beim Empfänger angekommen sind. Die Fehlerrate gibt den Prozentsatz von Datenpaketen an, die dem Empfänger fehlerhaft zuzgestellt wurden. In beiden Fällen müssen die Datenpakete erneut gesendet werden. Der Abstand der zwischen dem Senden und Empfangen des ersten Bits eines Datenpakets nennt man Verzögerung (Delay). Als Verzögerungsschwankung (Jitter) werden Abweichungen von durchschnittlichen Übertragunsschwankungen bezeichnet. Diese beiden unerwünschten Phänomene führen besonders bei Echzeitanwendungen wie Sprache oder Video und anderen zeitkritischen Anwendungen zu Problemen.[33]


Es stehen aktuell 2 Verfahren für QoS zur Verfügung:

  • Integrated Services (IntServ)

Integrated Services reserviert und sichert einem Dienst eine Bandbreite zu. Dieses Prinzip geht von einer knappen Bandbreite aus, da für jeden Dienst extra Bandbreitenzusicherungen stattfinden. Dieses Verfahren wird häufig in LANs eingesetzt, da die Reservierung an alle Netzwerkomponenten mitgeteilt und zur Verfügung gestellt werden muss.

  • Differentiated Services (DiffServ)

Differentiated Services klassifiziert die Dienste in Gruppen, so dass es flexibler als IntServ eingesetzt werden kann, da es auf unterschiedliche Dienste reagieren kann. Bei Diffserv steht auch nicht die Bandbreitenreservierung im Vordergrund, vielmehr geht es um Bandbreitenverteilung und Priorisierung. [34]


MPLS ist selber kein QoS. Aber unter MPLS lassen sich bestimmte Class of Services (CoS) definieren. Somit können mit MPLS gezielte Priorisierungen festgelegt werden. [35] Dabei definiert der Class of Service-Wert von null bis sieben die Priorität des Pakets, wobei sieben die Höchste hat. [34]

7.2 Cloud Computing

7.2.1 Definition

Das Schlagwort Cloud Computing ist im Moment in aller Munde und stellt wohl den nächsten großen Trend in der IT-Branche dar. Es beschreibt die Idee über das Internet bereitgestellte Ressourcen, Dienste und Applikationen zu nutzen und ist durch die häufige Darstellung des Internets als Wolke entstanden.[36]

Eine allgemeingültige Definition des Begriffes Cloud Computing sucht man derzeit noch vergebens. Je nach Interessenlage verwenden die verschiedenen Hersteller und Anbieter meist auf das eigene Portfolio und Geschäftsmodell zugeschnittene Definitionen. Softwareanbieter wie beispielweise Salesforce.com setzen ihren Schwerpunkt auf On-Demand-Services, die je nach Bedarf in Anspruch genommen werden können;[37] Infrastrukturanbieter wie IBM hingegen sehen mit ihrer Initiative Blue Cloud eine dynamisch skalierbare IT-Infrastruktur im Mittelpunkt.[38] So kommt es, dass es wahrscheinlich mindestens so viele Definitionen wie Anbieter von Cloud Computing Diensten gibt.

Das Marktforschungsunternehmen Forrester Research kommt im Rahmen einer Anbieterbefragung zu folgender Definition die momentan am häufigsten rezitiert wird: „Cloud Computing steht für einen Pool aus abstrahierter, hochskalierbarer und verwalteter IT-Infrastruktur, die Kundenanwendungen vorhält und nach Verbrauch abgerechnet wird.“[39]

Die eigentliche Idee hinter Cloud Computing ist allerdings längst nicht so neu wie die heutige Bezeichnung. So formulierte John Cage, der frühere Chief Researcher der Firma Sun, bereits 1987 die bis heute geltende Vision und Unternehmensphilosophie „The Network is the Computer.“[40] Auch Terminal-Mainframe-Systeme, in denen Terminals als Datensichtgeräte für Anwendungen auf einem Großrechner dienten sowie die spätere Idee des Network-Computing, bei der normale PCs durch weniger leistungsfähige Thin Clients ersetzt und rechenintensive Anwendungen zentralisiert auf leistungsfähigen Servern zur Verfügung gestellt wurden, gingen bereits in die selbe Richtung.

Abbildung 9: Zwei Trends verschmelzen - Cloud Computing entsteht
Abbildung 9: Zwei Trends verschmelzen - Cloud Computing entsteht[41]

Aus diesen ursprünglichen Konzepten entwickelten sich Technologien wie Application Service Providing und Software-as-a-Service die sich mit der Bereitstellung von Applikationen beschäftigen, sowie Grid Computing und Utility Computing, die sich durch eine Virtualisierung der Infrastruktur kennzeichnen. Cloud Computing ist als Verschmelzung all dieser Technologien zu verstehen. [41]

Das Marktforschungsunternehmen Gartner geht davon aus, dass Cloud Computing die Geschäftsprozesse in ähnlicher Weise revolutionieren wird wie vor einiger Zeit das E-Business. Gerade die Verwirrungen und unterschiedlichen Sichtweisen des Konzeptes Cloud Computing würden das Potential verdeutlichen.[42]

7.2.2 Merkmale

Cloud Computing kennzeichnet sich durch unterschiedliche Merkmale und Eigenschaften. Das National Institute of Standards and Technology, das sich schon seit vielen Jahren um technologische Standards bemüht, sieht vor allem folgende Eigenschaften als elementar für das Cloud Computing an.

Zunächst einmal sei ein On-Demand Self-Service wichtig. Das heißt der Kunde muss in die Lage versetzt werden, Ressourcen wie beispielweise CPU-Zeit oder Speicherkapazitäten je nach Bedarf und ohne weitere menschliche Interaktion mit dem Service-Anbieter in Anspruch nehmen zu können.

Eine weitere wichtige Eigenschaft sei der Ubiquitous network access, womit nichts anderes gemeint ist als dass die Ressourcen jederzeit mit gängigen Plattformen wie normalen PCs, Thin Clients oder auch Laptops, PDA´s und Handys über Standardtechnologien zugänglich sind.

Location Independent Ressource Pooling beschreibt den nächsten zentralen Aspekt. Demnach werden die EDV-Ressourcen des Service Providers zu einem Pool zusammengefasst. Über ein mandantenfähiges System können dem Kunden dann abhängig vom jeweiligen Bedarf verschiedene physikalische und virtuelle Ressourcen zur Verfügung gestellt werden. Dabei weiß der Konsument nicht wo genau sich die angebotenen Ressourcen befinden und hat auch keinerlei Kontrolle darüber. Beispiele für Ressourcen sind Speicherkapazitäten, Rechenleistung, Netzwerkbandbreite und virtuelle Maschinen.

Als nächstes Merkmal wird die Rapid Elasticity genannt. Sie bezeichnet die Fähigkeit, die Ressourcen schnell und elastisch der jeweiligen Nachfrage anzupassen. Für den Konsumenten erscheinen die Ressourcen dadurch unendlich und können zu jedem Zeitpunkt in beliebiger Menge erworben werden.

Measured Service bezeichnet den letzten bedeutenden Baustein. Er umschreibt die automatische Kontrolle und Optimierung von Ressourcen durch die Fähigkeit, diese mit einer Art Abstrahierungsschicht entsprechend dem jeweiligen Service wie Storage, Bandbreite oder aktiven Benutzeraccounts zu messen. Ressourcen können so überwacht und kontrolliert werden und durch die Bereitstellung von Berichten dem Konsumenten und dem Anbieter des Dienstes die nötige Transparenz bieten.

Neben diesen fünf Schlüsseleigenschaften werden oft noch weitere Eigenschaften wie die massive Skalierbarkeit der Ressourcen, die Virtualisierung, die Modularität und Integrierbarkeit der Dienste und viele weitere genannt. Im Kern jedoch spiegeln die erwähnten Eigenschaften das Wesen des Cloud Computing gut wieder. [43]

7.2.3 Services

Abbildung 10: Die drei Ebenen des Cloud Computing
Abbildung 10: Die drei Ebenen des Cloud Computing[44]

Das Grundprinzip des Cloud Computing besteht darin, vorgefertigte Dienste aus der Cloud zu beziehen oder in der Cloud anzubieten. Ob Ressourcen, Anwendungen oder ganze Entwicklungsumgebungen; der Kunde zahlt je nach Bedarf für die Inanspruchnahme eines bestimmten Service und spart sich so Vorlaufzeiten und entsprechende Rüstkosten.

Die Kategorisierung der innerhalb der Cloud angebotenen Dienste gestaltet sich ähnlich schwierig wie die Definition des Begriffes. Am häufigsten findet man jedoch die Einteilung in die drei Bereiche Software as a Service (SaaS), Platform as a Service (PaaS) und Infrastructure as a Service (IaaS), die nachfolgend genauer beschrieben werden.

7.2.3.1 Software as a Service

SaaS bezeichnet eine Methode um Softwareanwendungen bedarfsgerecht über Netzwerke – meist das Internet – zur Verfügung zu stellen. Durch SaaS steht nicht mehr die Software selbst, sondern die durch die Software erbrachte Dienstleitung im Vordergrund. Anbieter verkaufen also nicht ein bestimmtes Softwareprodukt, sondern schnüren Dienstleistungspakete, die Software und alle dafür erforderlichen Middleware und Hardwarekomponenten beinhalten.

Rechenzentren sind in der Regel so ausgelegt um gelegentlichen Lastspitzen standhalten zu können. Dies bedeutet allerdings, dass die meiste Zeit über ein Großteil der Ressourcen nicht genutzt wird. Durch SaaS können Provider von SaaS-Anwendungen die vorhandenen Ressourcen flexibel über die verschiedenen Anwendungen hinweg nutzen und so von enormen Skaleneffekten profitieren.[45] Auch für den Kunden sind geringe Anfangsinvestitionen und überschauliche monatliche Fixkosten ein großer Anreiz, auf SaaS-Anwendungen zu setzen. So entfallen sowohl der Aufbau einer eigenen Infrastruktur, der Kauf von Hardware, Software und Lizenzen, sowie auch der damit verbundene Personalbedarf.[46]

Abbildung 11: Software-as-a-Service Szenario
Abbildung 11: Software-as-a-Service Szenario[45]

SaaS wird oft mit dem schon älteren Konzept des Application Service Providing verglichen, doch gibt es zwischen den beiden Technologien einen entscheidenden Unterschied. ASP basiert auf einer Single-Tenant Architektur. Hierbei verfügt der Kunde über seine eigene Infrastruktur, jedoch nicht bei sich im Haus, sondern bei einem Application Service Provider. Er greift typischerweise mit einem Webbrowser auf die entfernte Anwendung zu. Gewöhnlich existiert also pro Kunde eine dedizierte Infrastruktur. SaaS hingegen setzt auf eine Multi-Tenant-Architektur, bei der die Anbieter leistungsstarke Infrastrukturen aufbauen und Hardwareressourcen dynamisch über alle Kunden hinweg geteilt werden. Die Kunden greifen allesamt auf dieselbe Instanz einer Anwendung zu und können dank der Mandantenfähigkeit der Software verschiedene Konfigurationen nutzen.

Abbildung X zeigt das Szenario einer typischen SaaS-Anwendung. Der Kunde greift mit einem beliebigen Endgerät über ein Webfrontend auf eine Anwendung im Rechenzentrum des SaaS-Providers zu. Die unterschiedlichen Kundenanforderungen werden durch vom Kunden anpassbare Konfigurationspunkte realisiert Die benutzerspezifische Konfiguration kann sich durch alle Schichten der Anwendung ziehen und wird oftmals durch vordefinierte Templates erleichtert. Anpassungsmöglichkeiten können das Ändern der Benutzeroberfläche, die Anpassung an eigene Geschäftsprozesse und Workflows oder auch die Art der Datenhaltung umfassen und sollten dem Kunden über grafische Tools erleichtert werden. [45]

7.2.3.2 Platform as a Service

Platform as a Service ist gewissermaßen die Weiterentwicklung von Software as a Service. Beim SaaS-Gedanken muss für eigenen Code noch eine komplette Entwicklungsumgebung vorgehalten werden, die meist aus vielen einzelnen Komponenten wie Softwareentwicklungstools, Applikationsservern, Datenbanken und der gesamten zu Grunde liegenden Infrastruktur besteht. Dadurch sind häufig ganze Teams von Netzwerk-, Datenbank- und Systemmanagementspezialisten nötig, um die unterschiedlichen Komponenten zusammenzuführen und zu beherrschen.[47]

Abbildung 12: Platform-as-a-Service
Abbildung 12: Platform-as-a-Service[47]

PaaS soll genau diese Probleme adressieren, indem dem Kunden eine komplette Entwicklungs- und Betriebsplattform bereitgestellt wird. Dabei übernimmt der Anbieter sowohl das Hosting der Plattform als auch die Administration der dafür erforderlichen Hard- und Software und stellt dem Konsumenten lediglich eine webbasierte Entwicklungsumgebung zur Verfügung, mit der er alle Phasen der Softwareentwicklung unterstützt durch Entwicklungstools durchlaufen kann. So können Entwickler oder ganze Softwareentwicklungsfirmen sich ausschließlich auf ihre eigentlichen Kernkompetenzen - das Programmieren von Anwendungen - konzentrieren, ohne sich Gedanken über den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Programms zu machen. Die entwickelten Dienste können dann wiederum über die Plattform zur Miete angeboten werden.

Prominentestes Beispiel für PaaS ist auch hier die Firma Salesforce und ihre Umgebung force.com mit der es möglich ist, beliebige Geschäftsanwendungen zu programmieren und als SaaS-Lösung anzubieten. Sämtliche Funktionen wie User-Verwaltung, Datenmanagement, Workflows oder Reporting werden zusammen mit einer Java-ähnlichen Programmiersprache in einer einzigen Umgebung bereitgestellt. Eigens entwickelte Applikationen sind wiederum via API in andere Systeme integrierbar.[48]

Aber auch andere Firmen, darunter beispielweise Giganten wie Google oder Microsoft, stellten bereits ähnliche Plattformen vor, um den vielleicht kommenden Trend nicht zu verpassen.

7.2.3.3 Infrastructure as a Service

Während Software as a Service sich mit der Applikationsbereitstellung und Platform as a Service zusätzlich mit der Applikationsentwicklung auseinandersetzt, geht es bei Infrastructure as a Service nicht um Anwendungen, sondern um die darunterliegende Hardware. Mit IaaS lassen sich Teile der Infrastruktur wie beispielweise Rechenleistung, Speicherkapazitäten oder Netzkapazitäten als Service beziehen. Die Vorteile liegen dabei in der Flexibilität, der Skalierbarkeit und der schnellen Bereitstellung neuer Ressourcen. Realisiert wird dies vor allem durch Virtualisierungstechnologien die es den Anbietern ermöglichen, ihre Hardwarekapazitäten dynamisch zu skalieren und in vermietbare Pakete aufzuteilen. Diese können dann wiederum ganz nach Bedarf genutzt und abgerechnet werden.[49]

Der wohl bekannteste Anbieter in diesem Marktsegment ist die Firma Amazon mit ihren Amazon Web Services. Hier kann man ohne langfristige vertragliche Bindungen mit nur wenigen Mausklicks virtuelle Server konfigurieren oder Speicherkapazitäten im Netz mieten.[50] So ist es zum Beispiel möglich sich, wie es der Pharmakonzern Eli Lilly & Co. zu Forschungszwecken tat, ein Cluster aus 64 Servern aufzubauen, diesen für zwanzig Minuten zu nutzen und anschließend wieder herunterzufahren. Dabei würde man für diese Aktion gerade einmal $6.40 zahlen.[51] Auch das Outsourcing von Archivierungs- und Backupsystemen ist eine denkbare Variante.

Die Analysten von Pierre Audoin Consultants (PAC) sagen IaaS eine rosige Zukunft voraus und gehen davon aus, dass der Outsourcing-Markt wegen der enormen Einsparpotentiale die solche Technologien mit sich bringen, eher geringfügig von der aktuellen Wirtschaftskrise betroffen sein wird und gehen im Bereich von IaaS von einem jährlichen Wachstum von mehr als fünf Prozent aus. Vor allem kleine und mittlere Unternehmen können von der Flexibilität und Einfachheit profitieren, da selbst hier mittlerweise meist ein großer Teil des Budgets in die IT-Landschaft fließt und bestimmte Lösungen wie ein dediziertes Archivierungssystem auf Grund der Unternehmensgröße oftmals überhaupt nicht realisiert werden kann.[52] Die Einsatzgebiete für IaaS werden immer umfangreicher und wegen der Flexibilität und der geringen sowie planbaren Kosten für den Kunden immer interessanter. Anbieter wie Amazon haben so die Möglichkeit, die meist nicht genutzten und lediglich für Lastspitzen ausgelegten Ressourcen in ihren vielen über der ganzen Welt verteilten Datenzentren effektiver zu nutzen.

7.2.4 Einsatzszenarien

7.2.4.1 Private Cloud

Von einer Private Cloud spricht man, wenn die Cloud Infrastruktur einem einzigen Unternehmen gehört oder von diesem gemietet wird und ausschließlich durch das eigene Unternehmen genutzt wird. Dabei ist es egal, ob die Cloud durch die Organisation selbst oder durch einen Dienstleister betreut wird.[43]

Da heutige Unternehmen oftmals über viele Standorte verfügen, spielen bei der Idee einer Private Cloud sowie auch im Rahmen des Cloud Computing allgemein die Vernetzungsmöglichkeiten eine entscheidende Rolle. Während sich im LAN Ethernet als dominierender Standard für die Vernetzung von Servern und Clients durchgesetzt hat gibt es im Backend-LAN und im MAN und WAN, wenn es um die Vernetzung unternehmensweiter Standorte geht, diverse parallel existierende Standards, deren Einsatz im Wesentlichen vom Budget, benötigter Bandbreiten und Distanzen abhängig ist. Bei größeren finanzstärkeren Unternehmen wo oftmals unternehmenskritische Applikationen im Einsatz sind werden überwiegend private Glasfaser-, ATM- oder SONET(SDH)-Strecken zur Verbindung der Rechenzentren und Standorte genutzt. Aber auch VPN-Services in Verbindung mit gewöhnlichen Breitbandanschlüssen werden vor allem bei KMUs und bei Diensten mit geringen Anforderungen an die Bandbreite eingesetzt.[53]

Durch die Umsetzung einer Private Cloud können alle Ressourcen von einem zentralen Punkt automatisiert und nach Bedarf einzelnen Applikationen und Diensten zugeordnet werden. Man geht davon aus, dass Private Clouds vor allem in großen Unternehmen in den nächsten Jahren deutlich an Bedeutung gewinnen werden, da diese wegen ihrer meist großen Datenzentren besonders von den „Economies of Scale“ profitieren können. Zugleich wird die Kontrolle über Sicherheit, sensible Daten und Service Level Agreements für viele ein Grund sein vorerst eine interne Cloud aufzubauen.[54] Gleichzeitig jedoch werden die Investierungen in Private Clouds, die Unternehmen sowohl technisch als auch organisatorisch auf die Public Cloud vorbereiten.[55]

Erste Beispiele für die Umsetzung einer Private Cloud gibt es bereits. So begann Bechtle, das größte Bau- und Anlagenbau-Unternehmen der USA, 2007 mit einer Umstrukturierung der gesamten internen IT-Landschaft und bietet mittlerweile mehr als 10.000 Dienste für über 30.000 User im SaaS-Modell an. Das Projekt basierte dabei insbesondere auf den Verfahren der Server- und Storagevirtualisierung. Neben der Servervirtualisierung der nur ein wichtiger und nötiger Baustein zum Aufbau interner oder auch externer Clouds ist, wird laut den Analysten von Gartner vor allem eine Art Virtualisierungschicht zwischen den Applikationen und den Ressourcen nötig sein um die Zuteilung, die Ablaufkoordination, den Aufruf, das Laden und die Fehlerbehandlung der Anwendungen zu kontrollieren. Erste Ansätze für solch ein Metaoperatingsystem kommen von VMWare und ihrem vor kurzem veröffentlichten Cloud-OS vSphere, das bereits einige der genannten Probleme angeht. Zudem benötige man eine weitere intelligente Schicht die Entscheidungen treffen kann wo gerade Ressourcen benötigt werden und welche Applikation mehr und welche weniger Ressourcen zugeteilt bekommt.[55] Auch aktuelle Technologien wie beispielweise VLAN, Load Balancing, Desktopvirtualisierung und Anwendungsvirtualisierung werden dabei helfen die Vorstellung einer Private Cloud die alle Merkmale des Cloud Computing erfüllt zu verwirklichen

7.2.4.2 Community Cloud

Bei einer Community Cloud hingegen wird die Cloud Infrastruktur von mehreren Unternehmen gemeinsam genutzt und bedient eine Gemeinschaft mit selben Interessen wie beispielweise bei unternehmensübergreifenden Projekten, gemeinsamen Rahmenverträgen oder gleichen Sicherheitsrichtlinien.[43] Dabei unterscheiden sich die technologischen Voraussetzungen der Infrastruktur grundsätzlich nicht von denen der Private Cloud. Die wesentlichen Unterschiede liegen viel mehr in der Zuständigkeit, der Benutzergruppe und der Abstimmung innerhalb der Community.

Bei längerfristig angelegten Kooperationen bei denen es nicht nur darum geht einige wenige Services aus der Cloud zu beziehen, kann ein gemeinsam genutztes Rechenzentrum eine mögliche Lösung sein, um eine größere Kostenersparnis zu erreichen und die Realisierung gemeinsamer Standards zu vereinfachen. Die aus der Cloud zu bedienenden Standorte sind dann auch hier, wie bei der Private Cloud, abhängig von Bandbreite, Distanz und Budget mit Technologien wie ATM, SONET(SDH) oder VPN an das Rechenzentrum angebunden.[53] oder aber die Kooperationen unter den Unternehmen beschränken sich lediglich auf gewisse Teilbereiche bzw. Services. Demzufolge könnte sich ein Unternehmen auf die Bereitstellung webbasierter Anwendungen im SaaS-Modell spezialisieren während sich ein anderes Unternehmen innerhalb der Community auf die Infrastruktur-Komponente IaaS oder auf die Bereitstellung von Entwicklungsplattformen im Sinne des PaaS konzentriert. Dadurch könnte bei jedem angebotenen Dienst geprüft werden welches Datenzentrum bzw. welche Infrastruktur am besten für diesen geeignet ist.

Interessant könnte die Community Cloud vor allem auch für Unternehmen mit unterschiedlichen Schichtzeiten oder Unternehmen innerhalb verschiedener Zeitzonen werden, da sich hier die Nutzung der Ressourcen, die sonst oftmals über Nacht oder zu bestimmten Zeiten überhaupt nicht benötigt werden, optimieren lässt.

Die wohl größte Herausforderung wird bei dem Konzept der Community Cloud das Aushandeln von entsprechenden Leistungen und Verträgen und das Finden gemeinsamer Standards zur Interoperabilität der Komponenten innerhalb der Community Cloud darstellen. Des Weiteren spielen hier auch Security-Merkmale eine entscheidende Rolle. Gerade wenn es um sensible Daten geht werden sich Unternehmen schwer tun einen gemeinsamen Ressourcenpool mit anderen Unternehmen zu teilen. Dennoch lauern hier in Zukunft sicher für viele Unternehmen große Einsparpotentiale.

7.2.4.3 Public Cloud

In einer Public Cloud gehört die Infrastruktur wie auch bei der Private Cloud einem einzigen Unternehmen, jedoch werden der Öffentlichkeit oder großen Unternehmensgruppen Dienste aus der Cloud zur Verfügung gestellt. In der Regel stehen einem Serviceanbieter in der Public Cloud also viele Konsumenten gegenüber. Hierbei kann es sich sowohl um Privatpersonen als auch um Geschäftskunden halten.[43]

Für die Konsumenten ist der Dreh- und Angelpunkt in der Public Cloud das Internet mit entsprechend schnellen Breitband-Anbindungen an die ausgelagerten Dienste, Anwendungen und Ressourcen. Im Privatbereich sind hier vor allem Breitbandanschlüsse über DSL oder Kabelnetze und zum Teil auch noch schmalbandige Zugänge wie ISDN üblich. Aber auch mobile Zugänge über UMTS oder HSDPA sind immer mehr im Kommen. Sowohl Microsoft mit der neuen Version von Windows Mobile als auch Google mit ihrem mobilen Betriebssystem Android versuchen bereits erste Cloud-Services aufs Handy zu bringen. Zum einen könnte man sich so durch eine zentrale Datenhaltung die ständige Synchronisierung zwischen den verschiedenen Geräten wie Handy, Notebook und Desktop-PC sparen, zum anderen lassen sich auch Ressourcen wie Prozessorleistung aus der Cloud beziehen, wodurch Akkukapazitäten des Handys geschont werden könnten.[56] [57] Viele Anwendungen die oft gar nicht direkt als Cloud Computing Dienste wahr genommen werden, wie Webmail oder Onlinestorage sind bereits heute allgegenwärtig und werden zunehmend von einem großen Teil der Internet-User genutzt.

Um solche Services der Öffentlichkeit anbieten zu können existieren auf Anbieterseite meist große Datenzentren mit hochperformanten Internetanbindungen, die in vielen Fällen zunächst nur für eigene Zwecke gedacht waren. Wegen der meist nur geringen Auslastung der auf Spitzenlast ausgelegten Rechenzentren kam dann allerdings die Idee die Ressourcen in Form von Diensten auch anderen über das Internet zur Verfügung zu stellen. Wie bei allen anderen Cloud-Typen kommen auch hier in erster Linie Virtualisierungstechnologien zum Einsatz um die Ressourcen flexibel zu nutzen.

Aufgrund der Bandbreitenentwicklung in den letzten Jahren finden sich immer mehr Einsatzszenarien für das Outsourcing bestimmter Dienste in die Cloud und nicht zuletzt deshalb ist das Thema Cloud Computing heute solch ein Hype.

7.2.4.4 Hybrid Cloud

Die Hybrid Cloud ist eine beliebige Mischung von zwei oder mehr der zuvor genannten Cloud-Typen, die zwar eindeutige Einheiten bleiben, jedoch über standardisierte oder proprietäre Technologien. miteinander verknüpft sind und es erlauben Daten und Applikationen zwischen diesen Einheiten zu portieren.[43]

Ein denkbares Beispiel wäre z.B. ein Cloud Service der ausschließlich intern in der Private Cloud angeboten wird, allerdings auf einer virtuellen Maschine von Amazons EC2 aus der Public Cloud läuft. Hier sind die unterschiedlichsten Kombinationen möglich. Bei jedem neu anzubietenden Service kann genau geprüft werden welche Komponenten selbst gekauft werden und welche von anderen Providern aus einer der verschiedenen Clouds gemietet werden.

Für viele Unternehmen wir diese Form der Cloud die wohl wahrscheinlichste sein. Komponenten mit hohen Anforderungen an Sicherheit, Verfügbarkeit und Bandbreite werden vielleicht eher in der Private Cloud oder auch in der Community Cloud betrieben, Komponenten die weniger kritisch sind aus Kostengründen vermutlich eher in der Public Cloud. Dies wird extrem von den Unternehmen selbst, wie auch von den benötigten Services abhängen.

8 Datennetze und Cloud Computing

8.1 Problematik

Durch VoIP, IPTV und anderen Echtzeitdiensten sind die Anforderungen an Datennetze in den letzten Jahren schon immens gestiegen. Bislang jedoch betrafen sie überwiegend den privaten Bereich. Störungen oder Verzögerungen im Netzwerk resultierten beim Videostreaming oder bei der Internettelefonie in Problemen bei der Darstellung von Bild und Ton. Durch Cloud Computing bekommt dieser Aspekt eine ganz neue Dimension, da hier nicht nur private Haushalte, sondern auch Unternehmen von den Vorteilen der Cloud profitieren können. Wenn jedoch zeitkritische Anwendungen der Unternehmen über das Internet bezogen werden sollen sind Störungen dieser Art nicht hinnehmbar. Diese Problematik rückt die Anforderungen an Datennetze wieder in den Fokus und stellt die Betreiber der Netzweke, insbesondere der Provider-Netze vor eine große Herausforderung.

8.2 Technische Anforderungen

Durch die Verlagerung von Hard- und Software in eine Cloud entstehen neue Anforderungen an die Datennetze. Galt es früher nur das eigene Netz zu betrachten, kommt jetzt mindestens ein weiteres Datennetz hinzu.

8.2.1 Infrastruktur

Die Infrastruktur für den Internetanschluss der Nutzer geht immer weiter weg vom Schmalband hin zum Breitbandanschluss. Die dafür erforderliche Hardware wird meistens von den ISPs gestellt. An Telefonnetz oder Kabelnetz ändert sich dadurch erstmal wenig, auch wenn mit VDSL eine Glasfasertechnik Einzug hält. Durch die zunehmende Verbreitung von Breitbandanschlüssen, Web 2.0, Videoplattformen und neuerdings Cloud Computing Diensten steigen die Anforderungen an die Infrastruktur der Internetbetreiber enorm. Die Kosten für einen Ausbau der Kapazitäten in diesem Bereich sind meist erheblich. Erst mit dem Einzug von Ethernet in die Provider-Netze konnte eine kostengünstige Alternative zu bisherigen Backbone-Techniken wie ATM oder Frame Relay und SDH/SONET gefunden werden. Eine zuverlässige Infrastruktur ist grundlegende Voraussetzung um attraktive Service Level Agreements vereinbaren zu können. Provider sind deshalb gezwungen ihre Netzwerk-Architekturen zu optimieren und an die neuen Erfordernisse anzupassen.[58] Mit MPLS steht zudem ein Verfahren zur Verfügung, das die vorhandenen Strukturen effektiv nutzen kann, da es sowohl mit Ethernet als auch mit ATM, Frame Relay und SDH arbeiten kann. Dies ermöglicht auch einen weiteren Ausbau des Backends durch die günstigere Ethernet-Technologie.

8.2.2 Bandbreite

Bandbreitenanforderungen an Datennetze durch Cloud Computing variieren je nach verwendetem Einsatzszenario. Das Zusichern einer bestimmten Bandbreite gehört mit zum Geschäftsmodell einer Cloud. Allerdings liegt der Bandbreitenengpass heutzutage meist noch beim Kunden. Wenn beim nutzen vieler Applikationen noch ein Schmalbandzugang ausreichend sein kann, wird spätestens mit der Nutzung von Storage Systemen im Rahmen des IaaS-Modells ein Breitbandanschluss notwendig. Aber auch dieser kann noch nicht die Bandbreiten liefern, die aufgrund der immer größer werdenden Datenmengen erforderlich wären. Zum Beispiel bräuchte man für den Upload von einem TeraByte über T1 ca. 80 Tage. Amazon hat auf dieses Problem schon reagiert und bietet einen Service an, wo der Kunde seine Festplatte per Post schicken kann und seine Daten aufgespielt bekommt.[59] Im Normalfall dürften aber die meisten Breitbandanschlüsse auch für den Storage Service ausreichen. Solch ein Szenario ist für ein Einsatz in Unternehmen natürlich nicht denkbar.

Etwas besser stellt sich das Bild in einer Private bzw. Community Cloud dar. Dort können in der Regel die höheren Bandbreiten genutzt werden die den Unternehmensnetzen zur Verfügung stehen. Bei einer Bitrate von 155 Mbits/s bei einem ATM Zugang würde der Upload theoretisch nur noch 14 Stunden, 20 Minuten und 13 Sekunden dauern. Dies ist aber dennoch eine sehr lange Zeit. Die erforderlichen Bandbreiten sind extrem von dem verwendeten Dienst bzw. der verwendeten Anwendung abhängig. Deswegen gilt es auch für Unternehmen mit großen Bandbreiten jeden geplanten Dienst bezüglich der Bandbreitenanforderungen zu überprüfen bevor der Schritt in die Cloud gewagt wird.

8.2.3 Verfügbarkeit

Amazon garantiert in seinen Service Level Agreements(SLA) 99.95% Verfügbarkeit der angebotenen Services im Jahr.[60] Diese Verfügbarkeit dürfte in den meisten Fällen ausreichen, allerdings bezieht sich die Aussage nur auf den angebotenen Cloud Service von Amazon. Bei Privatanwendern und Unternehmen muss noch die Verfügbarkeit des Internetzugangs hinzugerechnet werden. Bei Unternehmen unter Umständen sogar noch die eigene LAN/WAN Struktur. Die Verfügbarkeit des Internetzugangs gewinnt somit zunehmend an Bedeutung.

In der Regel liegen, zumindest für den privaten Sektor, die Angaben der Verfügbarkeit um die 99% im Jahr. Das bedeutet eine reguläre Downtime von ca. 4 Tagen. Für die meisten Privatanwender dürfte dies, in einem akzeptablen Rahmen liegen. Unternehmen müssen prüfen, ob sie mit ihrer garantierten Verfügbarkeit auskommen. Wenn nicht müssen bessere Verfügbarkeiten mit dem ISP verhandelt werden. Diese können die Netzverfügbarkeit durch redundante Komponenten verbessern. Auch hier dürfte die Public Cloud wieder am preisgünstigsten sein, weil viele Benutzer den Service des ISP in Anspruch nehmen können und sich somit die Kosten verteilen. Wenn hingegen das eigene LAN oder der Zugang zum Internet ausgebaut werden muss, um die Verfügbarkeit zu erhöhen, kann es schnell teuer werden.

8.2.4 Skalierbarkeit

Die Skalierbarkeit ist eine wichtige Anforderung an verteilte Systeme. Neben der Skalierbarkeit der eigentlichen Cloud-Anwendungen ist auch die Skalierbarkeit des darunterliegenden Datennetzes von essentieller Bedeutung. Die dezentralisierte und skalierbare Struktur des Internets ist einer der Gründe für den starken Wachstum und den großen Erfolg. Unter einem skalierbaren Netzwerk versteht man ein Netzwerk das wachsen kann ohne grundlegende Änderungen am Kern des Netzwerks vornehmen zu müssen.[61] Durch die enorme Zunahme des Datenverkehrs im Internet wird auch die Skalierbarkeit der Bandbreiten ein immer wichtigeres Thema. Im Global Area Network weit verbreitete Techniken wie ATM und SDH/SONET bringen bereits sehr gute Möglichkeiten der Skalierbarkeit mit sich, doch nicht zuletzt aus Kostengründen findet auch das Ethernet immer weiter Einzug ins Backbone vieler Provider. Die Vermengung der unterschiedlichen Technologien und die stark topologieorientierten Verfahren machen es nötig auch über die verschiedenen Techniken hinweg eine bessere Skalierbarkeit zu erreichen.

Der wohl aussichtsreichste Ansatz hierfür dürfte MPLS sein, das alle derzeit gängigen Protokolle unterstützt und neben einer guten Skalierbarkeit auch QoS-Funktionalitäten mit sich bringt. Da jeder Router im Netz MPLS verstehen muss, damit es implementiert werden kann sind MPLS-Netze noch nicht sehr verbreitet und in der Regel nur über spezielle Provider, meist in Verbindung mit VPN, zu beziehen.[62] In einer Private Cloud oder einer Community Cloud könnte man also bereits heute von dieser Technik profitieren. Damit auch die weltweiten Datennetze in der Public Cloud die durch das Cloud Computing benötigten Bandbreiten gut skalieren können wäre eine weitere Verbreitung einer Technologie wie MPLS wünschenswert, wenn nicht sogar unabdingbar.

8.2.5 Quality of Service

Cloud Computing stellt in vielen Bereichen hohe Ansprüche an die Qualität der angebotenen Dienste. Einzelne Benutzer die mit unkritischen Applikationen einen hohen Anteil der zur Verfügung stehenden Bandbreite für sich beanspruchen sollten deshalb unbedingt vermieden werden. Im LAN und MAN übliche Techniken zur Standortvernetzung wie ATM, SONET bieten bereits umfangreiche Möglichkeiten der Priorisierung von Diensten und auch VPNs in Verbindung mit MPLS können schon die Anforderungen kritischer Anwendungen hinsichtlich der Qualität erfüllen.[63] Beim Aufbau von Private und Community Clouds kann demnach sichergestellt werden, dass alle Netzwerkkomponenten über die nötige QoS-Unterstützung verfügen. Dies ermöglicht es dem Kunden bestimmte Leistungen in Service Level Agreements vertraglich zuzusichern.Dennoch ist eine ausreichende Netzwerkdimensionierung von Nöten, da QoS keine neuen Ressourcen schafft, sondern nur versucht diese intelligent zu nutzen.

Besonders deutlich wird der Nutzen und Bedarf allerdings bei der Public Cloud, auf die über das Internet zugegriffen wird. Durch die Verlagerung der leitungsvermittelnden in paketorientierte Datennetze kann es durch den zunehmenden Datenverkehr immer wieder zu Verzögerungen kommen, da die Netze hierfür nicht konzipiert wurden. Hier wird der Bedarf der Priorisierung von Echtzeitdiensten, deutlich, da anzunehmen ist, dass einige Firmen zeit- und geschäftskritische Anwendungen über das günstigere Internet betreiben wollen. Dafür muss aber gewährleistet sein, das nicht nur der Anbieter der Cloud seine Qualitätsmerkmale klar definieren und garantieren kann, sondern auch die Internet Service Provider dem Kunden messbare Qualitätsmerkmale zusichern können. Selbst kleinste Verzögerungen in der Datenübertragung oder kurze Instabilitäten könnten ansonsten einen wirtschaftlichen Schaden für das Unternehmen bedeuten. In den Provider-Netzen gibt es derzeit verschiedene paralell exisitierende Standards zur Realisierung von QoS. Neben den beiden Verfahren IntServ und DiffServ bietet hier vor allem MPLS gute Möglichkeiten sowohl die Netzleistung zu erhöhen als auch die QoS-Spezifizierungen zu erreichen. Allerdings wird MPLS noch nicht Netzübergreifend eingesetzt, so dass eine globale QoS-Garantie bisher noch nicht möglich ist.[64]

8.2.6 Monitoring

Das Monitoring ist nicht nur eine technische sondern zugleich auch eine organisatorische Anforderung an Datennetze. Da die im Cloud Computing angebotenen Dienste vollkommen bedarfsgerecht gemietet und bezahlt werden ist sowohl für den Konsumenten als auch für den Anbieter ein Überblick über Verfügbarkeit, Verbrauch und Kosten eines bestimmten Dienstes von zentraler Bedeutung.

In der Welt des Cloud Computing verursacht jede Aktion unmittelbar auch Kosten. Jeder HTTP-Request löst eine ganze Kette von Aktionen aus und jede einzelne davon lässt sich eindeutig durch berechenbare Einheiten messen. Im Wesentlich sind dies CPU-Zeiten, Speichernutzung, Bandbreite und Festplattenkapazitäten. Systeme die den genauen Verbrauch von Cloud Computing Diensten bestimmen müssen allerdings viel präziser sein, denn sie müssen jeden Prozess und alle davon abhängigen APIs messen können. Verschwenderische Programme, Prozesse oder externe Bibliotheken bewirken messbare Kosten. Ein Programmupdate oder ein Update einer Bibliothek zum Beseitigen von Fehlern oder Ineffizienzen kann so schon bares Geld einsparen. Ein derartiges System ist für den Anbieter daher auch ein Instrument um die Kosten einzelner Dienste bestimmen und optimieren zu können.[65]

Dem Kunden könnte eine entsprechende Übersicht beispielweise über ein Online-Dashboard zur Verfügung gestellt werden. Stellt man sich allerdings vor, dass ein Kunde eine Menge unterschiedlicher Dienste von verschiedenen Providern bezieht, dann würde der Überblick schnell verloren gehen. Besser ist also eine zugängliche API über die alle nötigen Informationen abrufbar sind. Diese Informationen können dann auf Anbieter- und auf Konsumentenseite auch von anderen Systemen, wie beispielweise Buchhaltungssoftware oder Managementsystemen weiterverarbeitet werden und sich so nahtlos in die bestehenden Geschäftsprozesse einreihen. Auch der Vergleich von verschiedenen Anbietern und den damit verbundenen Kosten und Leistungen könnte so erheblich vereinfacht werden.[66]

Das Monitoring betrifft nicht nur das Thema Datennetze, aber auch hier müssen geeignete Systeme gefunden werden um die Verfügbarkeit und Belastung des Netzwerkes durch einen bestimmten Dienst messen zu können. Protokolle wie SNMP erlauben es zwar einzelne Netzwerkelemente oder auch Softwarekomponenten zu überwachen und zu steuern, jedoch gibt es noch keine geeigneten Technologien die sich an einen bestimmten Dienst orientieren, und alle direkt oder auch über APIs indirekt konsumierte Ressourcen messen und dokumentieren. Auch für die Vereinbarung und Einhaltung von Service Level Agreements ist das Monitoring von besonderer Bedeutung. Hierzu mehr im nächsten Kapitel. Die Firma eTelemetry startet erste Versuche um zumindest die durch einen Cloud Service verursachte Bandbreite zu messen und abzurechnen. In Kombination mit einer Identifizierung des Cloud Services soll die Software Metron es erlauben die aktuelle und vergangene Bandbreitennutzung einer Applikation durch jeden einzelnen Mitarbeiter oder bestimmte Abteilungen in Echtzeit darzustellen.[67]

8.3 Organisatorische Anforderungen

Die zuvor erwähnten technischen Anforderungen an Datennetze bringen auch eine Reihe organisatorischer Anforderungen mit sich. Vor allem im betrieblichen Umfeld sind hierdurch nicht nur technische Mitarbeiter, sondern Mitarbeiter der gesamten Unternehmenshierarchie betroffen. Unter Umständen sind auch ganze Geschäftsprozesse und bisherige Vertragsgestaltungen zu überdenken und an Bedürfnisse künftiger Cloud Computing Anwendungen anzupassen.

8.3.1 Service Level Agreements

Service Level Agreements sind fest definierte Service- und Leistungsvereinbarungen und gehören zu den Kernelementen eines Vertrages zwischen Serviceanbieter und Servicenehmer. Neben einer genauen Beschreibung des SLAs werden hier vor allem Vereinbarungen hinsichtlich der Servicequalität getroffen. Diese könnten beispielweise die Infrastrukturperformance, die Netzwerkperformance oder die Performance der Applikation umfassen. Eine Verletzung dieser Vereinbarungen ist in dem meisten Fällen mit Sanktionen in Form von Schadensersatz oder anderen Erstattungen belegt. Wichtig für ein erfolgreiches SLA-Management sind neben QoS-Funktionalitäten, vor allem auch ein aussagekräftiges Monitoring und Reporting um eine gemeinsame Zahlenbasis für Anbieter und Konsumenten zu schaffen.[68]

In der Public Cloud gestaltet sich die Definition solcher SLAs besonders schwierig, da hier der Anbieter eines bestimmten Dienstes zwar für die Erreichbarkeit und Performance der eigenen Infrastruktur, aber nicht für die Verfügbarkeit, und wegen fehlender QoS-Funktionalitäten auch nicht für die Qualität von Internetzugängen möglicher Kunden gerade stehen kann. Theoretisch sind zwar zusätzliche SLAs zwischen dem Anbieter des Dienstes und dem ISP des Kunden denkbar auf die dann zurückgegriffen werden könnte, allerdings steht beim Gedanken der Public Cloud in erster Linie der Zugriff von jeder beliebigen Lokation und somit von verschiedenen ISPs im Mittelpunkt, wodurch die Umsetzung einer solchen Idee quasi unmöglich ist.[69] Nicht zuletzt deshalb beschränken sich die SLAs von klassischen Providern wie Google, Amazon oder Salesforce lediglich auf eine prozentuale Verfügbarkeit eines Dienstes innerhalb einer bestimmten Region und eines abgegrenzten Zeitraums. Amazon zum Beispiel garantiert für seinen Service EC2 eine Verfügbarkeit von 99,5% über einen Zeitraum von einem Jahr. Als Nicht Verfügbar gilt der Dienst allerdings erst, wenn er mehr als fünf Minuten lang in mindestens zwei von Amazon definierten Zonen innerhalb der Region, in der die Instanz läuft, nicht erreichbar ist.[70] Mit dieser Regelung ist weitestgehend sichergestellt, dass der Ausfall einzelner Verteilerpunkte oder Internetzugänge bestimmter ISPs, kein Einfluss auf die festgeschriebenen SLAs hat. Zur Bildung solcher SLAs werden bei den Anbietern meist Erfahrungswerte aus der Vergangenheit herangezogen. Gerade für unternehmenskritische Dienste sind solch schwammige Regelungen erfahrungsgemäß nicht hinnehmbar.

Innerhalb einer Private oder Community Cloud hingegen kann sich das Aushandeln von SLAs schon einfacher darstellen. Hier werden die Dienste neben den im LAN üblichen Ethernet in der Regel über private Glasfaser, ATM oder SDH/SONET –Verbindungen in Anspruch genommen. Alternativ können hier auch auf MPLS basierende VPN-Verbindungen zum Einsatz kommen. Diese Techniken bieten im Gegensatz zu üblichen Schmal- und Breitbandverbindungen, wie sie vor alle im privaten Umfeld üblich sind, ausgefeilte QoS-Technologien und können über eingerichtete Redundanzen und Bandbreitenüberwachung weitestgehend unter Kontrolle gehalten werden. SLAs können dadurch Vereinbarungen über Bandbreiten, Paketverlustraten und Verzögerungsraten enthalten und somit auch den Anforderungen unternehmenskritischer Anwendungen entsprechen.[53]

Im privaten Bereich werden SLAs, wie sie auch heute schon bei großen Providern üblich sind, für den Großteil der Konsumenten vollkommen ausreichend sein. Im geschäftlichen Umfeld wird es jedoch nötig sein jede Anwendung bzw. jeden Dienst konkret auf seine Anforderungen hinsichtlich der Dienstqualität und Verfügbarkeit zu überprüfen und entsprechend dieser Ausarbeitung solide SLAs mit den Anbietern der Services auszuhandeln, denn der Ausfall oder die verminderte Qualität eines Dienstes kann hier enorme wirtschaftliche Schäden für das Unternehmen verursachen. Demnach müssen Unternehmen auch hinreichend hohe Vertragsstrafen mit den Anbietern aushandeln, so dass dieser auch alles dran setzt die vereinbarten Leistungen zu erbringen. [71]

8.3.2 Unabhängigkeit

Durch die Auslagerung bestimmter Dienste in die Wolke besteht speziell für Unternehmen zunehmend die Gefahr von der Anbindung ins Internet und von Anbietern der Cloud Computing Dienste abhängig zu werden. In der Public Cloud beispielweise ist die Anbindung über den zuständigen ISP ein Single Point of Failure. Werden unternehmenskritische Applikationen über das Internet bezogen würde ein Ausfall der Internetanbindung erhebliche Auswirkungen auf die Geschäftsproduktivität haben. Eine mögliche Maßnahme um sich davor zu schützen ist eine redundante Anbindung über die Leitungen eines zusätzlichen ISPs.[72] Doch selbst damit ist man nicht zu hundert Prozent vor Ausfällen oder Störungen geschützt. Auch in einer Community Cloud bestehen ähnliche Abhängigkeiten. Selbst wenn die Dienste nicht über das Internet sondern über private Glasfaser-, ATM oder SDH-Netze bezogen werden, sind hier ebenfalls Ausfälle einzelner entscheidender Komponenten möglich, die einen ordentlichen Geschäftsbetrieb unmöglich machen.

Neben der Abhängigkeit von der Anbindung an die entsprechende Cloud besteht bei den momentanen Service-Angeboten auch eine große Abhängigkeit zum eigentlichen Provider des Dienstes. Derzeit verfolgen die Anbieter eine Art „Customer-Lock-In“. Wenn sich ein Kunde für einen bestimmten Anbieter entschieden hat, ist es nur schwierig diesen zu wechseln. Viele Konsumenten wünschen sich deshalb Interoperabilität zwischen verschiedenen Clouds. Ein möglicher Ansatz hierfür ist eine standardisierte API, wie sie im Open Grid Forum diskutiert wird.[73]Hierdurch könnten Anwendungen und Ressourcen von einer Cloud in eine andere verschoben bzw. migriert werden. Ebenfalls interessant könnte dieses Szenario für Konstellationen sein, in dem ein Unternehmen seinen Geschäftsbetrieb aufgrund einer Insolvenz oder anderen Gründen aufgeben muss. Die Dienste könnten dann ohne großen Migrationsaufwand in eine andere Cloud verschoben werden. Auch wenn auf dem Gebiet bereits viel Bewegung ist wird es eine wichtige organisatorische Herausforderung sein die Unabhängigkeit des eigenen Betriebes von einzelnen Service Providern zu gewahren.

8.3.3 Know-How

Im Zeitalter des Cloud Computing und dem Outsourcing von bestimmten Diensten in die Wolke stellt in den Unternehmen auch das Know How über damit einhergehende Änderungen und Technologien eine große Herausforderung dar. In den meisten Betrieben werden Infrastruktur und Anwendungen bisher von eigenen IT-Abteilungen gestellt. Flaschenhälse und Ausfälle werden in erster Linie durch ein Ausbau der Infrastruktur, Redundanzen und Cluster-Technologien verhindert. Themen wie QoS und Service Level Agreements spielen häufig nur in Unternehmen eine Rolle die auch bisher schon Teile der IT an externe Dienstleister ausgegliedert haben.

Sowohl technisch als auch organisatorisch notwendiges Wissen wird sich mit Cloud Computing verändern. So müssen sich IT-Abteilungen viel mehr mit dem Zusammenspiel eigener und aus der Cloud bezogenen Leistungen und der Sicherheit unternehmensinterner Daten befassen.[74] Risiken durch den Ausfall bestimmter Dienste oder Netze müssen mit Kosten abgewogen werden. Auch Controller brauchen deshalb die nötigen Kenntnisse um wirtschaftliche Risiken des Cloud Computing einschätzen zu können. Entscheider in Unternehmen müssen Anwendergruppen identifizieren für die es Sinn macht Cloud-basierte Applikationen in Anspruch zu nehmen und ob hierfür besser das Konzept einer internen oder auch einer externen Cloud geeignet ist.[75] Personalabteilungen müssen den Bedarf an Mitarbeitern abschätzen können und der Vertrieb bzw. der Einkauf muss das gesamte Vertragsmanagement überarbeiten und in Abstimmung mit anderen Abteilungen SLAs ausarbeiten die den Anforderungen an die Cloud Services gerecht werden. Auch das Management braucht das nötige Verständnis für die neuen Anforderungen um Geschäftsprozesse und Organisation entsprechend den Erfordernissen zu optimieren. Praktisch auf allen Ebenen im Unternehmen wird zusätzliches Know How, insbesondere auch über verschiedene Technologien und deren Vor- und Nachteile, nötig sein um künftige Anforderungen und Änderungen, die mit einem Einstieg ins Cloud Computing Wirklichkeit werden, bewältigen zu können.

9 Fazit und Ausblick

Derzeitige Cloud Computing Dienste richten sich vor allem an Privatkunden. Mit der rasanten Entwicklung im Bereich der Breitbandanschlüsse und der Möglichkeit dank moderner Funknetze ständigen Zugriff aufs Internet zu haben erschlossen sich hier immer mehr Einsatzszenarien. Die Vorteile hinsichtlich Flexibilität und Kostenreduktion werden jedoch auch die Unternehmen zunehmend dazu zwingen sich mit dem Thema Cloud Computing auseinanderzusetzen. Sowohl die öffentlichen als auch die privaten Datennetze haben hierbei einen besonderen Stellenwert. Deren Belastbarkeit bildet die Grundlage für einen sicheren Transport von Daten und damit für die Verfügbarkeit von Diensten in der Cloud.

Im Rahmen dieser Fallstudie hat sich gezeigt, dass besonders durch geschäftskritische Anwendungen hohe Anforderungen an heutige Datennetze gestellt werden, bei denen das Internet in vielen Fällen an seine Grenzen stößt. Während sich in lokalen und in privaten Weitverkehrsnetzen die wesentlichen technischen Anforderungen problemlos umsetzen lassen, mangelt es im globalen Datennetz vor allem an Quality of Service, weshalb eine vertragliche Zusicherung bestimmter Leistungen nicht möglich ist. Für Privatanwender spielt es im Regelfall keine Rolle, doch damit auch Unternehmen mit ihren Anwendungen und Ressourcen in die Wolke wandern sind Leistungsgarantien, abgestimmt auf die jeweiligen Dienste, unentbehrlich. Mit MPLS existiert bereits ein vielversprechender Ansatz um QoS auch im globalen Datennetz zu etablieren. Im privaten Umfeld haben sich viele Dienste aus der Cloud schon längst als Standard durchgesetzt und werden nichtmal mehr als Cloud Computing Dienste wahrgenommen. Mit der weiteren Verbreitung von schnellen Breitbandanschlüssen und der Zunahme an mobilen Endgeräten wird sich dieser Trend noch weiter fortsetzen.

Generell müssen Netzwerke jedoch dynamischer und verstärkt softwaregesteuert werden um sie für den Einsatz von Cloud Computing Diensten zu optimieren. Dienstleister müssen weg von der klassischen Bereitstellung einfacher Anwendungszugänge, hin zu intelligenten, automatisierten und dienstleistungsorientierten Netzwerken.[58]

Ein schleichender Umzug in die Public Cloud ist bereits jetzt abzusehen. Bis die letzten Barrieren beseitigt sind werden die Unternehmen wohl zunächst eigene interne Clouds aufbauen und Dienste über private Glasfaser, ATM oder SONET Verbindungen oder MPLS-VPNs auch kooperierenden Unternehmen zur Verfügung stellen. Hierdurch werden sie sich sowohl technisch als auch organisatorisch auf die „große“ Public Cloud vorbereiten.

10 Fußnoten

  1. ↑ Vgl. Rohwetter, Marcus (2008)
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Dinger, Jochen, Hartenstein, Hannes (2008), S. 20
  3. ↑ Vgl. Hanappi, Hardy
  4. ↑ 4,0 4,1 Vgl. Payer, Margarete (2001)
  5. ↑ Vgl. Haßlinger, Gerhard (1999)
  6. ↑ Vgl. Universität Duisburg-Essen Abb. 5 (2001), passim
  7. ↑ Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.254f
  8. ↑ Vgl. Traeger, Dirk H., Volk, Andreas (2002)
  9. ↑ Vgl. Oppenheimer, Priscilla (2004)
  10. ↑ 10,0 10,1 Vgl. Sharma, B.P.
  11. ↑ Vgl. Traeger, Dirk H., Volk, Andreas (2002), S.82ff
  12. ↑ Vgl. Werner, Martin (2005)
  13. ↑ Vgl. Universität Oldenburg, passim
  14. ↑ Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.281
  15. ↑ Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.281
  16. ↑ Vgl. Dembowski, Klaus (2006), S1237ff
  17. ↑ Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.281ff
  18. ↑ Vgl. Schreiner, Rüdiger (2009), S.162
  19. ↑ Vgl. Cisco Systems GmbH (2001), S.82ff
  20. ↑ Vgl. Stein, Erich (2008), S.286
  21. ↑ Vgl. Taschenbuch Rechnernetze und Internet Von Erich Stein, S297ff
  22. ↑ Vgl. Böhmer, Wolfgang, (2005), S.320ff
  23. ↑ Vgl. Stein, Erich (2008), S.285-288
  24. ↑ Vgl. Stein, Erich (2008), S.286
  25. ↑ Vgl. Stein, Erich (2008), S. 275f
  26. ↑ Vgl. Oppenheimer, Priscilla (2004)
  27. ↑ Vgl. Stein, Erich (2008), S.377ff
  28. ↑ Vgl. Microsoft
  29. ↑ Vgl. Winnen
  30. ↑ Vgl. Lipp, Manfred (2007)
  31. ↑ 31,0 31,1 Vgl. Statistisches Bundesamt Deutschland (2008)
  32. ↑ Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.32ff
  33. ↑ 33,0 33,1 Vgl. Scherff, Jürgen (2006), S.56ff
  34. ↑ 34,0 34,1 Vgl. Barnes, David, Sakandar, Basir (2004), S. 207ff
  35. ↑ Vgl. Baumgärtner, Michael (2001), S. 6
  36. ↑ Vgl. Dunkel, Jürgen, Eberhart, Andreas, Fischer, Stefan, Koschel,Arne, Kleiner, Carsten (2008), S. 270
  37. ↑ Vgl. Salesforce (2009), passim
  38. ↑ Vgl. IBM (2009), passim
  39. ↑ Vgl. Herrmann, Wolfgang (2008)
  40. ↑ Vgl. Schwartz, Jonathan (2006)
  41. ↑ 41,0 41,1 T-Systems Enterprise Services (2009), passim
  42. ↑ Vgl. Gartner (2008), passim
  43. ↑ 43,0 43,1 43,2 43,3 43,4 Vgl. National Institute of Standards and Technology (2009), passim
  44. ↑ Vgl. hvon Gunten, Andreas, 2009
  45. ↑ 45,0 45,1 45,2 Vgl. Wolfgang Beinhauer, Michael Herr, Achim Schmidt (2008), S.89-91
  46. ↑ Vgl. Michel, Patrick (2008)
  47. ↑ 47,0 47,1 Vgl. Hinchcliffe, Dion (2008)
  48. ↑ Vgl. von Gunten,Andreas (2009)
  49. ↑ Vgl. von Gunten,Andreas (2009)
  50. ↑ Vgl. Amazon (2009), passim
  51. ↑ Vgl. Mullin, Rick (2009)
  52. ↑ Vgl. Schaffry, Andreas (2009)
  53. ↑ 53,0 53,1 53,2 Vgl. Skorupa, Joe; Fabbi, Marc; Leong, Lydia; Chamberlin,Ted; Pultz, Jay E.; Willis, David A. (2008)
  54. ↑ Vgl. Bittman, Thomas (2008)
  55. ↑ 55,0 55,1 Vgl. Bittman, Thomas (2009)
  56. ↑ Vgl. Mims, Christopher (2009)
  57. ↑ Vgl. Lehmhofer, Ernst (2009)
  58. ↑ 58,0 58,1 Vgl. Prokop, Daniel (2009)
  59. ↑ Vgl. Testticker.de (2009)
  60. ↑ Vgl. Amazon (2009), passim
  61. ↑ Vgl. Haase, Oliver (2008)
  62. ↑ Vgl. Vigil, Robert (2007)
  63. ↑ Vgl. Cisco Systems GmbH (2001), S. 789
  64. ↑ Vgl. Beaufort, Maren (2006)
  65. ↑ Vgl. Kennedy, Niall (2009)
  66. ↑ Vgl.Cohen, Reuven (2009)
  67. ↑ Vgl. Business Wire (2009), passim
  68. ↑ Vgl. Köhler-Frost, Wilfried (2004), S.108
  69. ↑ Vgl. Nolle, Tom (2009)
  70. ↑ Vgl. Amazon (2009), passim
  71. ↑ Vgl. Zeitler, Nicolas (2008)
  72. ↑ Vgl. Network Instruments (2009)
  73. ↑ Vgl. Kranzlmüller, Dieter (2009)
  74. ↑ Vgl. CIO (2009), passim
  75. ↑ Vgl. Schaffry, Andreas (2009)

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