Cloud Computing – Was steckt dahinter?

Ein eigenes Rechenzentrum auf die Beine zu stellen, ist aufwendig und kostspielig: Für Anschaffung und Wartung benötigt man Fachpersonal. Außerdem kann nie bedarfsgerecht skaliert werden. Ihr Unternehmen soll schließlich wachsen und deshalb muss Ihre IT immer einen Schritt voraus sein. Aus diesem Grund stellt man oft mehr Ressourcen bereit, als die Mitarbeiter momentan brauchen. Denn ein funktionierendes Rechenzentrum ist für die meisten Unternehmen überlebenswichtig. Sollte es ausfallen, steht die Arbeit still. Und das kann sich niemand leisten, also muss man beim Rechenzentrum lieber zu viel als zu wenig ausgeben.

Mit Cloud Computing gehen Sie einen anderen Weg: Statt die Technik selbst anzuschaffen, zu installieren und zu warten, greifen Sie hierbei auf Webdienste zurück. Über das Internet stehen dabei in einem Rechenzentrum verschiedenste Leistungen bereit: So ist es möglich, Speicherplatz, Rechenkraft (also Prozessorleistung), Datenbanken oder Software-Umgebungen über das Internet zu beziehen. In den meisten Fällen läuft diese Form von modernem Outsourcing über ein Mietmodell. Kapazitäten lassen sich auf diese Weise leicht hinzubuchen – und zwar auch zeitnah dann, wenn man sie wirklich benötigt.

Die Vernetzung von Computern, um mehr Nutzern mehr Rechenleistung und Speicherplatz zu ermöglichen, ist keine neue Erfindung. Bereits in den 1950er-Jahren hatte man mit Mainframes einen Schritt in Richtung Cloud Computing getätigt. Nutzer konnten damals über mehrere Terminals innerhalb der Organisation (in Unternehmen oder Universitäten) auf den Großrechner zugreifen und dessen Kapazitäten nutzen. Zu Anfang allerdings noch als Timesharing: Nutzer mussten Rechenzeit reservieren und durften in dieser Zeit die Leistung des Mainframes für ihre Berechnungen nutzen.

In den folgenden Jahrzehnten entwickelte man dann die Virtualisierung: Nun konnten Recheninstanzen abstrakt, rein virtuell nachgebaut werden. Mit der Erfindung des Internets waren solche virtualisierte Umgebungen schließlich auch online für jeden verfügbar. Seit den 1990er-Jahren sind solche Modelle auch kommerziell für eine größere Masse an Nutzern verfügbar.

Zu dieser Zeit wurde auch der Begriff der Cloud populärer. Doch erst im neuen Jahrtausend fingen Unternehmen und Privatpersonen an, sich zunehmend für die Technik zu interessieren. Die ersten Cloud-Angebote waren noch Einzelleistungen: Speicherplatz zum Austauschen von Dateien beispielsweise oder Googles Spreadsheet bzw. Documents, bei denen mehrere Nutzer gemeinsam an einem Dokument arbeiten können. Gleichzeitig begann aber auch Amazon seine riesigen Serverfarmen für andere Nutzer bereitzustellen: Die Amazon Web Services (AWS) ermöglichen es anderen Firmen, die Infrastruktur des E-Commerce-Riesen zu nutzen und dort Software auszuführen.

Inzwischen gehört Cloud Computing für zahlreiche Menschen zum Alltag. Die meisten Smartphones – oder umfassender: das Internet of Things – stehen laufend in Kontakt mit der Cloud. Nutzer schießen ein Foto mit der Kamera des Smartphones und laden das Bild automatisch in die Cloud von Apple oder Google, um mit einem anderen Gerät wieder darauf zugreifen zu können.

Cloud Computing ist prinzipiell nur ein Sammelbegriff: Dieser beschreibt das Angebot von Hardware und Software über das Internet. Dabei ist nicht festgelegt, in welchem Umfang die Bereitstellung der Dienste erfolgen muss – vom einfachen Cloud Storage, bei dem Nutzer Speicherkapazitäten auf entfernten Servern zusätzlich zu ihrem eigenen Festplattenspeicher erhalten, bis hin zur Infrastruktur in der Cloud, über die Unternehmen komplette Rechenzentren über das Internet beziehen.

Laut einem Paper des National Institute of Standards and Technology (NIST) müssen Angebote, die sich Cloud Computing nennen, bestimmte Eigenschaften erfüllen:

• On-Demand Self-Service: Es sollte möglich sein, dass Nutzer selbstständig die benötigten Ressourcen anfordern können, ohne jedes Mal mit einem Mitarbeiter des Anbieters Kontakt aufnehmen zu müssen.
   
• Broad Network Access: Der Zugang zu Cloud Computing funktioniert über das Internet. Dabei dürfen keine ungewöhnlichen Techniken oder Protokolle eingesetzt werden. Der Einsatz von standardisierten Methoden sorgt dafür, dass alle Nutzer ohne Probleme Zugriff auf den Service haben.
   
• Resource Pooling: Der Zusammenschluss von mehreren Recheninstanzen ist quasi die Grundvoraussetzung für Cloud Computing. Meist in Form von Serverfarmen dienen solche Pools dazu, mehrere Nutzer gleichzeitig mit Rechenleistung oder Speicherkapazität zu versorgen. Dabei ist dem Kunden selten klar, welches Gerät er tatsächlich nutzt: Die Kapazitäten werden dynamisch vergeben.
   
• Rapid Elasticity: Die Auslieferung von Kapazitäten muss schnell und bedarfsgerecht erfolgen. Bestenfalls sind Automatismen aktiv, die Ressourcen ohne Zutun von Kunden oder Mitarbeitern auf- oder abschalten.
   
• Measured Service: Die Nutzung des Cloud-Angebots wird jederzeit überwacht. Dadurch entsteht sowohl für den Anbieter als auch den Nutzer mehr Transparenz.

Cloud Computing wird gern als Versuch verstanden, Computing genauso zur Verfügung zu stellen, wie man es von anderen infrastrukturellen Leistungen kennt: Wasser kommt aus dem Hahn, Strom aus der Steckdose und Rechenleistung aus dem Internet. Genau wie die meisten Menschen nicht wissen müssen, wie ein Elektrizitätswerk arbeitet, muss man durch Cloud Computing auch nicht mehr verstehen, wie ein Computer zusammengesetzt ist. Der Nutzer verbraucht die Ressourcen (Speicherplatz, Rechenkraft) genau wie den Strom und bekommt dafür eine entsprechende Rechnung.

Wie das E-Werk Mittelpunkt des Stromnetzes ist, geht auch Cloud Computing in der Regel von einem großen Rechenzentrum bzw. einer Serverfarm aus. Hier werden viele Computer (oder Server) zusammengeschlossen und so die Ressourcen gebündelt. Durch dieses Grid-Computing erzielt man hohe Leistungen. In Kombination mit Virtualisierungen können für einzelne Nutzer innerhalb des Netzes einzelne virtuelle Instanzen erstellt werden. Der einzelne Nutzer erfährt dabei nicht, auf welchem Gerät seine Dateien gerade liegen und muss das auch nicht: Denn der Zugriff funktioniert auch ohne dieses Wissen schnell und problemlos.

Der Markt umfasst inzwischen verschiedenste Angebote. Diese unterscheiden sich – außer hinsichtlich des Preises und der Supportleistungen – vor allem in Bezug auf ihre Schichten- und Bereitstellungsmodelle. Der Begriff „Schichten“ bezieht sich auf den Umfang der Leistung und das Bereitstellungsmodell kennzeichnet die Art des Angebots.

Schichtenmodell

Eine Schicht entspricht einem bestimmten Service-Level: Die verschiedenen „as-a-Service“-Ebenen bzw. -Schichten beschreiben den Umfang des Angebots. Daher werden sie meist in einem Pyramidenmodell dargestellt. Während Infrastructure as a Service den größten Umfang hat, setzt Software as a Service den Fokus nur auf bestimmte Anwendungen.

• Infrastructure as a Service (IaaS): Auf dieser Ebene bietet der Provider komplette Hardware-Lösungen an: Prozessorleistung, Speicherplatz und Netzwerktechnik. Dabei sind die Instanzen, die der Nutzer in Anspruch nimmt, vollständig virtuell und werden auf den Ressourcen-Pool aufgeteilt. IaaS kann als Basis für die weiteren Schichten dienen, wird aber auch als Einzelprodukt angeboten.
   
• Plattform as a Service (PaaS): Diese Schicht geht einen Schritt weiter, indem man nicht nur die Hardware sondern eine komplette Umgebung zur Verfügung stellt. PaaS richtet sich in erster Linie an Software-Entwickler. Der Anbieter sorgt für eine bereits eingerichtete Entwicklungsumgebung in der Cloud, auf gehosteter Hardware. Programmierer sparen sich hierbei die Einstellung und Wartung der Umgebung.
   
• Software as a Service (SaaS): In der höchsten Schicht wird Nutzern eine komplette Software aus der Cloud angeboten. SaaS richtet sich daher vor allem an den normalen Endverbraucher. Dieser braucht sich nicht mehr um die Installation und Wartung der Software kümmern und kann auch sicher sein, dass die Leistung der Hardware für die reibungslose Ausführung der Software ausreicht. Um auf die Software zuzugreifen, nutzen Anwender entweder einen Webbrowser oder ein eingeschränktes Programm, das den Hauptanteil aus der Cloud lädt.
   
• Everything as a Service (XaaS): Neben den drei genannten Schichten werden auch andere Services immer wieder von Anbietern beworben. Prinzipiell geschieht dies aber nur aus Marketinggründen. Ein XaaS lässt sich eigentlich immer einer anderen Schicht zuordnen oder hat gar nichts mehr mit Cloud Computing zu tun: Humans as a Service (HuaaS) beschreibt zum Beispiel eine Form von Crowdsourcing. Dabei übernimmt ein Pool von Menschen über das Internet Arbeit.

Bereitstellungmodelle

Die Bereitstellungsmodelle beschreiben die Art des Angebots: Werden Instanzen nur für einen Nutzer beziehungsweise ein Unternehmen reserviert, oder teilt man sich den Pool mit anderen Personen? Aus der Antwort auf diese Frage ergibt sich das Bereitstellungsmodell.

• Private Cloud: Die Server werden ausschließlich von einem Kunden genutzt. Eine private Cloud kann, muss aber nicht vor Ort sein (Internal Cloud). Auch bei einem Hosting-Anbieter mit Serverfarm ist es möglich, dezidierte Hardware zu nutzen, auf die andere Kunden des Anbieters keinen Zugriff haben.
   
• Community Cloud: Die Community Cloud funktioniert ähnlich wie eine Private Cloud, allerdings teilen sich bei diesem Modell mehrere Kunden eine dezidierte Hardware-Instanz. Dabei ist die Zusammenstellung der Nutzer nicht zufällig gewählt, sondern mehrere Kunden – meist aus dem gleichen Geschäftsfeld oder mit ähnlichen Interessen – finden sich gezielt zusammen. Auch die Community Cloud kann entweder in einem Unternehmen oder extern verwaltet werden. Ziel ist es, im Vergleich zu mehreren Private Clouds Einsparungen zu erreichen.
   
• Public Cloud: Diese Bereitstellungsart entspricht dem eigentlichen Gedanken hinter einer Cloud. Gemeinsam mit der breiten Öffentlichkeit nutzt man einen Serververbund. Wer welche Hardware nutzt, ist dabei für den Nutzer nicht ersichtlich und kann auch nicht von ihm bestimmt werden.
   
• Hybrid Cloud: Hierbei handelt es sich um eine Mischform aus den beiden Modellen Private und Public Cloud. Dabei entscheidet sich ein Unternehmen oder ein privater Nutzer, einen bestimmten Teil der Operation (zum Beispiel sicherheitsrelevante Aspekte) in der privaten Umgebung zu belassen und für andere Teile die Public Cloud zu wählen.

Cloud Computing bringt besonders für kleine und mittlere Unternehmen große Vorteile: Die Anschaffung einer eigenen IT-Infrastruktur inklusive Servern ist aufwendig, kostet sehr viel Geld und erfordert später eine ständige Wartung – hierfür ist Fachpersonal notwendig, das ebenfalls bezahlt werden muss. Hinzu kommt, dass das Rechenzentrum im besten Fall mit dem Unternehmen wächst, und das geht auf traditionelle Weise nicht bedarfsgerecht. Stattdessen kaufen Entscheider dann in festgelegten Zyklen neue Hardware und müssen dabei einen künftigen Bedarf schätzen. Das heißt: Es werden meist mehr Ressourcen eingekauft, als man tatsächlich benötigt.

Aber ohne Rechenzentrum können die meisten Unternehmen nicht mehr agieren. Eine bedarfsgerechte Lösung liefert das Cloud Computing: Anschaffung und Wartung der Hardware wird dann von Profis übernommen und im Unternehmen selbst sind nur noch günstige, einfache Terminals für die Mitarbeiter notwendig, die darüber auf das Cloud-Computing-Angebot zugreifen. Professionelle Serverfarmen, wie sie von Cloud-Anbietern genutzt werden, sind zudem meist sehr viel besser abgesichert, als man es vor Ort im eigenen Unternehmen schaffen könnte: Sicherheitspersonal schützt die Anlage gegen den physischen Zugriff von Fremden, Fachkräfte sichern die Server vor digitalen Angriffen und Brandschutzexperten sorgen dafür, dass kein Feuer die Daten zerstören kann. Darüber hinaus sorgen viele Cloud-Computing-Anbieter für obligatorische Backups aller Daten.

Das System Cloud Computing hat aber auch Nachteile, weshalb viele Unternehmen noch davor zurückschrecken, es zu nutzen. So ist für einige Firmen die fehlende Anpassung Grund, das Modell abzulehnen. Man ist bei den verschiedenen Cloud-Anbietern mal mehr, mal weniger auf deren Konfigurationen angewiesen. Generell macht man sich zudem abhängig: Sollte der Anbieter seinen Betrieb einstellen, steht man unweigerlich vor einem Problem. Außerdem ist man angewiesen auf eine starke Internetverbindung. Sollte diese zu langsam sein oder regelmäßig zusammenbrechen, können Mitarbeiter nicht effektiv mit Cloud Computing arbeiten.

Die größten Bedenken dürften aber sicherlich das Thema Datenschutz auslösen. Und zwar auf zwei Arten: Zwar ist es richtig, dass vor Ort die Daten gesichert sind, aber eine Übertragung über das Internet stellt immer ein Sicherheitsrisiko da. Das andere Problem bezüglich der Datensicherheit hat oftmals mit dem Standort des Rechenzentrums zu tun. Während sich deutsche bzw. europäische Anbieter grundsätzlich an die lokalen Datenschutzbestimmungen halten, ist dies bei anderen internationalen Anbietern nicht zwingend der Fall. Firmen aus den USA sind zum Beispiel laut Patriot Act dazu verpflichtet, Daten auf Anfrage an US-amerikanische Behörden herauszugeben. Da Unternehmen beim Cloud Computing teilweise unternehmenskritische Daten in fremde Hände legen, ist eine gesunde Skepsis bei diesem Thema verständlich.

Naturgemäß ist zudem auch Cloud Computing nicht kostenlos: Nutzer sollten sich daher genau überlegen, welche Kapazitäten sie brauchen – und vor allem auch wann. Unternehmen neigen dazu, im Kontext der Cloud mehr zu buchen, als sie tatsächlich brauchen, weil die Einzelkosten so gering sind. Doch diese summieren sich. Das muss aber nicht sein: Bei vielen Anbietern lassen sich Instanzen kurzfristig wieder freigeben, sobald diese nicht mehr gebraucht werden. Das spart Kosten.