Cloud Computing

400px|mini|Elemente des Cloud Computing mini|Kurzfilm über die Möglichkeiten und Nutzung der Cloud mini|Animationsfilm: Was passiert in einer Cloud?

Cloud Computing (aus dem Englischen, für Rechnen in der Wolke, Rechnerwolke oder DatenwolkeDas Gestaltungselement eines abstrahierten Wolkenumrisses wird in Netzdiagrammen häufig zur Darstellung eines zunächst nicht näher spezifizierten Teils des Internets verwendet.) ist die Nutzung von Computersoftware, die nicht auf dem lokalen PC liegt, sondern in einem externen Rechenzentrum, der sogenannten „Cloud“.

Genauer beschreibt das Cloud Computing ein Modell, das bei Bedarf – meistens über das Internet und geräteunabhängig – zeitnah und mit wenig Aufwand geteilte Computerressourcen als Dienstleistung, etwa in Form von Servern, Datenspeicher oder Applikationen, bereitstellt und nach Nutzung abrechnet. Angebot und Nutzung dieser Computerressourcen ist definiert und erfolgt in der Regel über eine Programmierschnittstelle (API) bzw. für Anwender über eine Website oder App. Der Begriff Cloud Computing wird meistens als Cloud abgekürzt.

Das National Institute of Standards and Technology definiert fünf notwendige Merkmale für Cloud Computing:

On-demand self-service Der Nutzer kann Leistungen selbst und ohne menschliche Interaktion bei Bedarf bereitstellen lassen (Selbstbedienung). Broad network access Die Leistungen sind mit Standardmechanismen über das Netzwerk erreichbar, die eine Nutzung mit heterogenen Endgeräten wie Smartphones, Tablets, Notebooks oder Workstations fördern. Resource pooling Die Computerressourcen des Anbieters werden zusammengefasst, um mehrere Nutzer nach dem Mandantenprinzip bedarfsgerecht bedienen zu können. Damit einhergehend hat der Nutzer in der Regel keine Kontrolle darüber, mit welchen Computerressourcen die Leistung erbracht wird (z. B. auf welchem Server oder mit welcher Datenbank). Rapid elasticity Die Leistung kann dynamisch bereitgestellt und freigegeben werden, um bedarfsgerecht skalieren zu können. Aus Sicht des Nutzers scheinen die verfügbaren Computerressourcen unbegrenzt und Leistungen können jederzeit in beliebiger Höhe angepasst werden. Measured service Cloud-Systeme steuern und optimieren Computerressourcen abhängig von der jeweiligen Leistung anhand von messbaren Zahlen. Das können Speicher, Bandbreite oder aktive Benutzerkonten sein. Die Nutzung der Leistung kann überwacht, gesteuert und als Bericht bereitgestellt werden, um die Transparenz für den Nutzer wie auch den Anbieter zu gewährleisten.

Diese Definition ist heute weitgehend akzeptiert. Cloud Computing geht damit über andere diskutierte Ansätze (z. B. Virtualisierung) hinaus. Unter der Bedingung einer öffentlichen Verfügbarkeit, ähnlich beispielsweise dem öffentlichen Telefonnetz, kann man Cloud Computing je nach Architektur auch als Summe von Software as a Service (SaaS) und Utility Computing ansehen.

Servicemodelle Cloud Computing enthält vier verschiedene Servicemodelle:

Infrastructure as a Service (IaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von virtualisierten Computerhardware-Ressourcen wie Rechnern, Netzen und Speicher. Mit IaaS gestalten sich Nutzer frei ihre eigenen virtuellen Computer-Cluster und sind daher für die Auswahl, die Installation, den Betrieb und das Funktionieren ihrer Software selbst verantwortlich.

Platform as a Service (PaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von Programmierungs- oder Laufzeitumgebungen mit flexiblen, dynamisch anpassbaren Rechen- und Datenkapazitäten. Mit PaaS entwickeln Nutzer ihre eigenen Software-Anwendungen oder lassen diese hier ausführen, innerhalb einer Softwareumgebung, die vom Dienstanbieter (Service-Provider) bereitgestellt und unterhalten wird.

Software as a Service (SaaS) Clouds bieten Nutzungszugang von Software-Sammlungen und Anwendungsprogrammen. SaaS-Diensteanbieter offerieren spezielle Auswahlen von Software, die auf ihrer Infrastruktur läuft. SaaS wird auch als Software on demand (Software bei Bedarf) bezeichnet.Ubuntu in the cloud. In: Ubuntu.com, abgerufen am 15. Mai 2015.

Function as a Service (FaaS) Clouds bieten Nutzungszugang zu Funktionsinhalten. FaaS-Anbieter stellen immer wieder gebrauchte Funktionen auf eine einfache Weise zur Verfügung. Somit können beliebte Funktionen oder auch Funktionen mit hohen Rechenleistungen ausgelagert werden.

Liefermodelle mini|Darstellung von Cloud-Liefermodellen Zudem enthält die Definition des National Institute for Standards and Technology (NIST) vier Liefermodelle:Kurzdefinition der Cloud-Liefermodelle. In: Fraunhofer.de, abgerufen am 15. Mai 2015.

Public Cloud – die öffentliche Rechnerwolke Bietet Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen für die breite Öffentlichkeit über das Internet. Public-Cloud-Diensteanbieter vermieten IT-Infrastruktur an ihre Kunden. Die Bezahlung erfolgt entsprechend der tatsächlichen Nutzung (pay-as-you-go), ohne Kapital in Rechner- und Datenzentrumsinfrastruktur investieren zu müssen.

Private Cloud – die private Rechnerwolke Eine Private Cloud ist eine Cloud-Umgebung, die ausschließlich für eine Organisation oder ein Unternehmen betrieben wird. Das Hosten und Verwalten der Cloud-Plattform kann intern (beispielsweise durch firmeneigene Rechenzentren), aber auch durch Dritte erfolgen. Die Cloud liegt in so einem Fall dann in einem externen Rechenzentrum.

Hybrid Cloud – die hybride Rechnerwolke Bietet kombinierten Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen aus den Bereichen von Public Clouds und Private Clouds, nach den Bedürfnissen ihrer Nutzer.

Community Cloud – die gemeinschaftliche Rechnerwolke Bietet Zugang zu abstrahierten IT-Infrastrukturen wie bei der Public Cloud – jedoch für einen kleineren Nutzerkreis, der sich, meist örtlich verteilt, die Kosten teilt (z. B. mehrere städtische Behörden, Universitäten, Betriebe oder Firmen mit ähnlichen Interessen, Forschungsgemeinschaften, Genossenschaften).

Weiterhin gibt es Mischformen der oben genannten Cloud-Typen:

Virtual Private Cloud – eine private Rechnerwolke auf prinzipiell öffentlich-zugänglichen IT-Infrastrukturen Die Abschottung der „virtuell privaten“ Bereiche auf der öffentlichen Infrastruktur wird durch geeignete Sicherheitsmaßnahmen (VLANs) gewährleistet.Elke Rekowski: Virtual Private Cloud: Kompromiss zwischen Kosten und rechtlichen Anforderungen. In: ZDNet.de. 2. März 2011, abgerufen am 10. Juni 2016.

Multicloud – Bündelung verschiedener Cloud-Computing-Dienste Weiterentwicklung der Hybrid Cloud, bei der mehrere Cloud-Computing-Dienste in einer heterogenen Systemarchitektur gleichzeitig genutzt werden können.

Geschichte Die Cloud ist eines der ältesten Sinnbilder der Informationstechnik und steht als solches für Rechnernetze, deren Inneres unbedeutend oder unbekannt ist.

Bereits Anfang der 1990er Jahre prophezeiten einige Persönlichkeiten der IT-Branche, dass sich „Computer auf das Netz verteilen“ werden, sprich, dass Cloud Computing entstehen werde, sobald die Technik reif sei. Dazu gehörte der Slogan der Firma Sun "The Network is the Computer" von 1984, die fälschlich dem Sun-Chef McNealy zugesprochen wurde. Die Zeit war Ende der 1990er Jahre mit der Entwicklung der Multitenant-Architektur gekommen. alt=Screenshot BSCW 2|mini|Screenshot BSCW 2, aus dem Jahr 1996 1995 wurde von der GMD (heute Fraunhofer FIT) mit dem BSCW ein System vorgestellt, das heute als Cloud bezeichnet werden würde. Man konnte webbasiert Dokumente in Ordner hochladen und diese mit anderen teilen. Seit 1996 wird BSCW durch das Fraunhofer-Spin-off OrbiTeam kommerziell angeboten.

Als 2004 das soziale Netzwerk Facebook ins Leben gerufen wurde, gab man dessen Mitgliedern die Möglichkeit, Fotos, Videos etc. online zu speichern und zu veröffentlichen („posten“). Der Begriff Cloud Computing wurde jedoch hauptsächlich durch einige schnell wachsende Internetfirmen wie Amazon, Google und Yahoo geprägt. Diese Firmen standen auf Grund des schnellen Wachstums ihrer Nutzerbasis vor dem Problem, ständig wachsende Systeme vorhalten zu müssen, die auch zu Spitzenlastzeiten (für Amazon wäre dies z. B. das Weihnachtsgeschäft) ausreichende Performance bereitstellen.

Für Amazon war diese Spitzenlast im Jahr 2006 um den Faktor 10 höher als die Grundlast im Tagesgeschäft. Um diesem Problem zu begegnen, entschied man sich, die (serviceorientierte) Architektur und die Dienste, die man zum Bewältigen der zum Teil stark schwankenden oder auch sehr hohen Nutzerzahlen entworfen und etabliert hatte, zu einem Produkt zu machen, das man nach außen hin anbietet, d. h., dass dieses Problem in Spitzenlastzeiten auf die Nutzer der Cloud verteilt wird.

Für Amazon war dieser Schritt Anfang der 2000er Jahre eine logische Konsequenz, da man intern zu diesem Zeitpunkt schon auf kleine schnell bewegliche Teams (fast-moving „two-pizza teams“) umgeschwenkt hatte, die neue Funktionalitäten auf Basis der bestehenden Cloud-Infrastruktur implementierten. Die Skalierungseffekte der Cloud-Dienste wurden damit zur Basis des Produktes Cloud Computing selbst, das man ab da nicht mehr nur intern, sondern auch extern anbot. Amazon ist heute weltweit der größte Anbieter von Cloud Computing.

Zwingende Voraussetzung für die Inanspruchnahme und Verbreitung von Cloud Computing-Diensten sind so schnelle Breitbandverbindungen, dass es für die Benutzung keinen Unterschied mehr macht, ob Daten lokal auf einem PC oder auf entfernten Servern einer Cloud gespeichert sind. Mithin ist die zunehmende Relevanz des Cloud Computing für Privatanwender an die Marktversorgung mit ebenso schnellen wie zuverlässigen und kostengünstigen DSL- und LTE-Verbindungen gekoppelt.

In der ersten Phase des Cloud Computings ging es vorwiegend um Kostenreduzierung, da zentrale Software von mehreren Unternehmen gleichzeitig über den Browser genutzt werden kann, ohne dass dabei irgendein Zugriff auf die Daten anderer möglich ist. Hinzu kamen eine deutlich stärkere Flexibilität sowie eine Abrechnung nach Nutzung. Inzwischen hat sich Cloud Computing als Plattform für Innovation, Produktivität und Business Value etabliert.

Heute stehen bei der Nutzung der Cloud höherwertige Anwendungen wie KI, Microservices/Container, Mobile, IoT, Basis-Infrastruktur, Analytics und Blockchain im Fokus. Der Cloud-Markt entwickelt sich weg von Infrastructure-as-a-Service-Anwendungen hin zur Multicloud und zu Hybrid-Cloud-Anwendungen, die laut IDC-Analysten in den nächsten Jahren 85 Prozent der Unternehmens-IT ersetzen werden. Auch wenn Private Clouds in Zukunft im Einsatz bleiben werden, ist davon auszugehen, dass für bestimmte Anwendungen hybride Umgebungen expandieren werden. Und das gilt umso mehr, als 80 Prozent der weltweiten Daten nicht analysierbar sind, weil sie auf internen Systemen und nicht im öffentlichen Bereich liegen. Das ist einer der wesentlichen Gründe, warum Cloud-Anbieter wie beispielsweise IBM, AWS, Microsoft oder Google auf verschiedene verteilte oder hybride Cloud-Ansätze setzen, um Cloud-Dienste sowohl in der Public Cloud als auch im eigenen Data-Center gleichwertig anzubieten.

Abgrenzung von anderen Techniken Bei „Grid-Computing“ geht es um die gemeinschaftliche Nutzung der gemeinsamen Ressourcen und es gibt keine zentrale Steuerung. Im Fall von Cloud Computing hat man einen Anbieter der Ressourcen und einen Nutzer. Die Steuerung der Ressourcen ist zentralisiert.

Fog Computing stellt die dezentralisierte Erweiterung von Cloud Computing dar. Ressourcen wie Speicher, Rechenleistung und Software-Anwendungen werden näher an den Endgeräten platziert, um durch eine optimierte Aufteilung eine bessere Effizienz und geringere Latenzzeiten zu erreichen. An die zentralen Systeme werden dann nur noch relevante und gegebenenfalls komprimierte Daten geleitet. Fog Computing steht in engem Zusammenhang mit Edge Computing, wo beispielsweise Sensordaten direkt im Sensorsystem aufbereitet werden, um sie dann an Fog