Cloud Computing: Kompakt erklärt

von | 26. Januar 2023 | Grundlagen

Was ist Cloud Computing?

Cloud Computing beschreibt ein Modell, welches die Nutzung von IT-Ressourcen über das Internet bereitstellt. Dadurch befinden sich die eigenen Daten nicht lokal vor Ort, zum Beispiel auf einem PC, sondern werden dezentral in einer IT-Struktur gespeichert, verarbeitet und bereitgestellt. Da diese IT-Struktur, bildlich beschrieben, über den Endgeräten wie eine Wolke (im englischen Cloud) schwebt, wird dieses Modell Cloud Computing genannt.

Zu den beliebtesten Cloud-Anbietern gehören Elastic Compute Cloud (EC2) von Amazon Web Services (AWS), Google Docs und Microsoft Azure. Seit mehr als 20 Jahren existieren moderne Clouds und ihre Bedeutung für die Digitalisierung ist stetig wachsend.

Die Definition von Cloud Computing der NIST

Das National Institute of Standards and Technology (abgekürzt NIST) zählt zur technologischen Administration des US-Handelsministeriums und ist eine der wichtigsten Behörden im Technologiebereich. Das Institut ist für Standardisierungsprozesse zuständig und Urheber von weltweit anerkannten Standards, wie zum Beispiel des Verschlüsselungsalgorithmus AES.

Eine der wichtigsten Definitionen von Cloud Computing stammt von der NIST:

“Cloud-Computing ist ein Modell, das es erlaubt, bei Bedarf jederzeit und überall bequem über ein Netz auf einen geteilten Pool von konfigurierbaren Rechnerressourcen (z. B. Netze, Server, Speichersysteme, Anwendungen und Dienste) zuzugreifen, die schnell und mit minimalem Managementaufwand oder geringer Serviceprovider-Interaktion zur Verfügung gestellt werden können.“

Quelle: National Institute of Standards and Technology

Wie funktioniert Cloud Computing?

Die Cloud ist eine Technologie, die leistungsfähige Server- und Netzwerk-Hardware verwendet, die von einem Cloud-Provider bereitgestellt wird, um Aufgaben wie Datenspeicherung und Rechenleistung auszuführen. Der Nutzer sieht die dahinterliegenden Systeme nicht und der Provider verwaltet die Hardware so effizient, dass ein Ausfall eines einzelnen Servers keinen direkten Einfluss auf die Verfügbarkeit des Gesamtsystems hat. Dies ermöglicht es, Anwendungen und Daten von fast jedem Ort auf der Welt aufzurufen oder leistungsintensive Programme auszuführen, solange eine Internetverbindung vorhanden ist. Damit trägt Cloud Computing dazu bei, dass der Speicherplatz oder die Leistungsfähigkeit des Endgeräts nicht mehr limitierend für Anwendungen ist.

Welche Arten von Cloud Computing gibt es?

Es besteht die Möglichkeit, je nach Bedarf Hardware (IaaS), eine Plattform (PaaS) , eine vorkonfigurierte Software (SaaS) oder sogar einen Arbeitsplatz (WaaS) bei einem Cloud-Anbieter zu mieten.

IaaS – Infrastructure as a Service

Durch den IaaS-Ansatz werden IT-Ressourcen wie die Netzwerkkapazitäten sowie die Rechenleistung digital zur Verfügung gestellt. Dadurch müssen keine hochpreisigen Hardwareprodukte erworben werden. Konkret bedeutet dies günstigere Kosten für die Speichernutzung.

SaaS – Software as a Service

Beim SaaS-Ansatz haben die Nutzer Zugriff auf eine Softwarelösung, die direkt mit der Cloud verbunden ist. Auf diese Weise müssen keine separaten Programme gekauft und installiert werden. Durch das Cloud Computing sind die mit der Software verbundenen Inhalte umfassend gesichert und lassen sich weltweit abrufen.

PaaS – Platform as a Service

Mit dem PaaS-Ansatz steht den Nutzern eine gesamte Plattform für den reibungslosen Betrieb zur Verfügung. Dadurch können sich Unternehmen optimal auf die Entwicklung fokussieren, ohne sich um die technische Infrastruktur kümmern zu müssen. Auch die gemeinsame Kooperation im Team bleibt dadurch zu jedem Zeitpunkt gewährleistet.

WaaS – Workplace as a Service

Der WaaS-Ansatz ist die wohl komplexeste Strategie im Cloud Computing. Bei dieser erhält der Nutzer einen vollständigen Arbeitsplatz, der sowohl die Software als auch die Hardware umfasst. In den meisten Fällen basiert das Konzept auf einer konkreten Vermietung, wodurch sich der Arbeitsplatz inklusive der Cloud-Verknüpfung für einen bestimmten Zeitraum nutzen lässt.

Die verschiedenen Cloud-Servicemodelle

Rund um die Cloud haben sich vier Ansätze herausgebildet, um zu jedem Bedarf eine geeignete und passgenaue Lösung anzubieten. Die unterschiedlichen Varianten machen es deutlich einfacher, sich der vorhandenen Architektur exakt anzupassen und eine vollwertige Nutzung des Systems zu ermöglichen.

Public Cloud

Mit der Public Cloud ist ein öffentlicher Ansatz vorhanden, bei dem die Ressourcen des Speichers durch einen externen Cloud-Anbieter über das Internet bereitgestellt werden. Dieser sorgt zudem für die Wartung und Erweiterung der Cloud und ermöglicht eine kompakte Verwaltung. Durch die Zahlung einer monatlichen Summe erhalten die Nutzer Zugriff auf das Cloudsystem.

Private Cloud

Bei der Private Cloud handelt es sich um eine Nutzung, die ausschließlich für das jeweilige Unternehmen vorgesehen ist. Diese Cloudsysteme können sich sowohl vor Ort im Unternehmen befinden, als auch auf Basis externer Dienstleister gestaltet werden. Die Verwaltung erfolgt jedoch ausschließlich im privaten Cloudnetzwerk, was sich auf die gesamte Abwicklung bezieht.

Hybride Cloud

Bei einer hybriden Cloud handelt es sich um eine Kombination aus öffentlicher und privater Cloud. Dies macht es möglich, die Flexibilität zu steigern und wichtige Datensätze zwischen den verschiedenen Bereichen zu bewegen. Sicherheit und Struktur bleiben dank der bereits bestehenden Infrastruktur stets erhalten und ermöglichen eine kompakte Nutzung.

Community Cloud

Mit einer Community Cloud wird der Zugriff direkt auf eine exakt festgelegte Gruppe beschränkt. Dies ermöglicht beispielsweise eine umfassende Anwendung in bestimmten Arbeitskreisen und Gruppen, die an der Entwicklung neuer Lösungen arbeiten. Dies macht die Community Cloud zu einem privaten und gut gesicherten Ansatz, um alle wichtigen Elemente universell abzurufen.

Die Bedeutung für das Iot und IIoT

Für das IoT (Internet of Things) und IIoT (Industrial Internet of Things) übernehmen die Lösungen im Bereich Cloud Computing eine zunehmend wichtige Rolle, um die Automatisierung und die damit verbundenen Ansätze wirksam voranzutreiben. Die Cloud ist an dieser Stelle ein Garant für die örtlich und zeitlich unabhängige Arbeit. Dies macht es auch aus Sicht der Anwender deutlich einfacher, neue Ansätze und Innovationen zu integrieren und die branchenunabhängige Flexibilität durch die Cloud zu steigern.

Genau diese Flexibilität ist der wohl wichtigste Ansatz im Cloud Computing, von dem jeder Betrieb profitieren kann. In Verbindung mit zunehmender Virtualisierung wird ein universeller Einsatz der Cloud vereinfacht, um die Hardware-Ressourcen Schritt für Schritt zu digitalisieren. Dies ist nicht nur platzsparend, sondern besonders für global aktive Unternehmen ein wichtiger Ansatz für einen größeren Mehrwert. Rund um die Arbeit 4.0 trägt die Cloud daher zu neuen Innovationen bei.

Cloud Computing Architektur und Aufbau

Um die Technik hinter Cloud Computing verständlicher zu machen, hat eine Arbeitsgruppe des swissICT ihren Cloud Architektur Leitfaden erstellt, welcher sich mit Infrastructure as a Service (IaaS) Clouds und dem Bereitstellungsmodell von Private Clouds beschäftigt. Dabei ist zu beachten, dass auch bei der Arbeitsgruppe Uneinigkeit bei einigen Themen herrscht, was verdeutlicht, dass einige Komponenten der Cloud-Architektur noch entwickelt werden und immer nur eine Momentaufnahme zeigen.

Der Leitfaden gliedert die Cloud Computing Architektur in sieben Ebenen, die aus einzelnen Themenbereichen bestehen:

Facility-Layer

Dieser Layer bildet die Basis der Cloud-Architektur und betrachtet den Aufbau des Cloud-Datacenters, einschließlich Gebäude, Stromversorgung, Kühlung und Struktur. Entscheidungen über den Aufbau des Datacenters wirken sich weitreichend auf die Architektur und insbesondere auf die Effizienz und Skalierbarkeit aus.

Hardware-Layer

Dieser Layer befasst sich mit der physischen Hardware, die in einer Cloud eingesetzt wird, einschließlich Computing-Nodes, Storage-Nodes und physischen Netzwerkkomponenten. Oftmals wird dafür Commodity-Hardware genutzt.

Virtual-Layer

Dieser Layer befasst sich mit der Virtualisierung in der Cloud-Architektur, einschließlich der Virtualisierung von Server, Storage und Netzwerk. Der Einsatz von Software-Defined Networks hat hier besondere Bedeutung.

Service-Layer

Dieser Layer bildet den Kern der Cloud-Architektur und gliedert sich in Cloud Services, Operation Support Services und Business Support Services. Cloud Services beinhalten die Services, die dem Kunden angeboten werden sollen (zum Beispiel Server-Instanzen), während die Support Services für den Betrieb und die Abrechnung der Cloud Services benötigt werden.

Orchestration-Layer

Dieser Layer bezieht sich auf die Gesamtheit der Systemkomponenten, die für die Arrangierung, Koordination und Verwaltung von Ressourcen benötigt werden. Es umfasst Ressourcenmanagement, Workload-Management und Prozessmanagement und ermöglicht die dynamische Steuerung der Infrastruktur.

Access-Layer

Der Access-Layer dient als Schnittstelle der Umgebung mit der Cloud, sowohl für den Nutzer, genau wie für den Betreiber. Der Layer gliedert sich in Cloud Service Portal, API, Cloud Integration und Cloud Federation, wobei das API die wichtigste Komponente zur Administration ist.

Client-Layer

Dieser Layer ist die letzte Architektur-Ebene und wird durch den Nutzer der Cloud selbst realisiert, nicht durch den Cloud-Provider. Clients können dabei unterschiedliche Systeme, wie mobile Endgeräte, Apps oder auch andere Clouds sein.

Was sind die Vor- und Nachteile von Cloud Computing?

Die Vorteile von Cloud Computing sind unter anderem:

  • Erreichbarkeit der Daten unabhängig vom Standort und Endgerät
  • skalierbare Performance und Speicherplatz
  • Kostensenkung, da notwendige Infrastrukturen vom Cloud-Anbieter bereitgestellt werden
  • ermöglicht Big-Data-Analysen und langfristige Datenspeicherung

Die Nachteile von Cloud Computing sind unter anderem:

  • Konstante Internetverbindung notwendig, um die Cloud zu erreichen
  • schnelle Internetverbindung nötig, um Anwendungen flüssig nutzen zu können
  • Bandbreitenprobleme möglich, zum Beispiel Überlastung des Netzes durch zu viele Daten
  • Echtzeitservices durch längere Latenzzeiten nicht möglich, da die Wege zur Cloud und zurück zu lang dauern

Was sind Risiken des Cloud Computings?

Neben allgemeinen Risiken für IT-Systeme, wie Ausfälle, Fehlfunktionen oder Angriffe, gibt es spezifische mögliche Probleme bei der Cloud-Nutzung.

Datensicherheit

Sichere Zugriffsberechtigungen von Daten, die sichere Datenübertragung und die versehentliche Änderung oder Löschung von Daten durch Unbefugte können Risiken mit sich bringen. Wenn Daten in der Cloud verloren gehen, besteht oftmals keine Möglichkeit, sie wieder herzustellen.

Datenschutz

Die EU hat strenge Datenschutzrichtlinien, welche eingehalten werden müssen. Insbesondere der Standort der Server, auf welchen die Daten gespeichert werden, ist dabei wichtig. Dabei liegt die Verantwortung für personenbezogene Kundendaten beim Unternehmen und kann nicht an den Cloud-Dienstleister ausgelagert werden. Dies regelt die Auftragsdatenverarbeitung (ADV) nach Paragraph 11 Bundesdatenschutzgesetz (BDSG).

Transparenz und Kontrolle

Oftmals ist es dem Nutzer nicht möglich, die Löschung oder dauerhafte Speicherung der Daten komplett nachzuvollziehen. Protokolle und Dokumentationen darüber werden aber durch den Cloud-Anbieter gestellt, wenn eine explizite Kontrollmöglichkeit durch den Nutzer vereinbart ist.

Gefahr eines Vendor Lock-in

Ein Vendor Lock-in definiert eine ungewollte Bindung an einen Anbieter, da der gebotene Service nicht einfach durch eine gleichwertige Lösung ersetzt werden kann. Beim Cloud Computing kann das der Fall sein, wenn die genutzten Technologien nicht mit denen der Konkurrenz kompatibel sind. Ebenfalls können verträgliche Beschränkungen ein Problem darstellen. Zum Beispiel, wenn hohe Ablösezahlungen für das Herauslösen von großen Datenmengen fällig werden.

Cloud Computing vs. Edge Computing

Einer der wichtigsten Unterschiede zwischen Edge Computing und Cloud Computing liegt darin, wo die Daten verarbeitet werden. Während beim Edge Computing die Datenverarbeitung am oder sogar im Endgerät stattfindet, erfolgt sie beim Cloud Computing in einer zentralen IT-Struktur, der Cloud. Beide Technologien können unabhängig voneinander genutzt werden, jedoch können sie auch kombiniert werden. Edge Computing kann beispielsweise dazu verwendet werden, große Datenmengen vorab zu filtern und zu reduzieren, bevor sie in die Cloud transportiert werden.

Cloud Computing vs. Fog Computing

Fog Computing kann als Ergänzung zum Cloud Computing gesehen werden, da es als Mittler der Cloud-Infrastruktur fungiert. Im Gegensatz zum Cloud Computing, bei dem Daten in einer zentralen IT-Struktur verarbeitet werden, erfolgt die Verarbeitung beim Fog Computing in den Fog Nodes, die näher an der Datenquelle liegen. Dies ermöglicht kurzfristige und zeitnahe Analysen, die sonst zeit- und ressourcenintensiv in der Cloud durchgeführt werden müssten. Fog Computing bringt die Cloud also näher an die Endgeräte heran und ermöglicht schnellere Entscheidungen und kürzere Latenzzeiten.

<a href="https://www.alexanderthamm.com/de/blog/author/patrick/" target="_self">Patrick Kinter</a>

Patrick Kinter

Pat ist seit Ende 2021 für den Bereich Web Analyse & Web Publishing bei der Alexander Thamm GmbH zuständig und überwacht einen Großteil unserer Onlinepräsenzen. Dabei schlägt er sich durch jedes Google oder Wordpress Update und gibt dem Team gerne Tipps, wie Ihre Beiträge oder eigenen Websites noch verständlicher für den Leser sowie die Suchmaschinen werden.

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