Datacenter und Cloud-Computing:
Cloud-Computing: In der Wolke liegt die Chance

von Bernd Reder (bernd.reder@networkcomputing.de), Jörg Rosengart (Equinix)

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19.07.2010

Wer Cloud-Computing-Dienste nutzen möchte, sollte sich zuvor ansehen, in welchem Rechenzentrum diese Services gehostet werden. Hilfreich ist beispielweise, wenn dieses neben hoher Verfügbarkeit und Datensicherheit auch Load-Balancing und eine flexible Zubuchung von Bandbreite bietet.

(Fortsetzung des Artikels von Seite 2)

Cloud-Computing (CC) ist ein viel diskutiertes Geschäftsmodell, auch wenn es durchaus nicht nur Stimmen gibt, die diesen Ansatz für gut befinden. Eine Definition von Irving Wladawsky-Berger, der die IBM Academy of Technology geleitet hat, beschreibt CC wie folgt: »Cloud-Computing ist eine Weiterentwicklung des Internet-basierten Computings. Mit Cloud-Computing wird die Komplexität der gesamten IT so weit wie möglich virtualisiert. Der Anwender kann sich auf seine ureigenen Aufgaben konzentrieren.«

Doch bevor sich ein Anwender auf Cloud-Computing »stürzt«, muss er eine Reihe von Hausaufgaben erledigen. Wichtig ist, die individuellen Rahmenbedingungen eines Unternehmens genau zu kennen. Der Anwender muss ermitteln, was der Betrieb des eigenen Rechenzentrums kostet. Das schließt die Hard- und Software, die Miete für die Räume, die Versorgungskosten (Strom, Kühlung) und die Kosten für das Fachpersonal mit ein.

Über Datacenter, wie hier eines von Equinix, stellen Service-Anbieter Cloud-Computing-Dienste zur Verfügung.

Nur dann lässt sich abwägen, ob das komplette Outsourcing der IT-Systeme eine wirtschaftlich sinnvolle Alternative ist oder besser Cloud-Computing in Frage kommt, also bestimmte Anwendungen auf IT-Systeme in einer »Wolke« zu verlagern.

IT als Dienstleistung

Der »Internet-Guru« Nicolas Carr hat bereits 2004 einen kontroversen Artikel über »Das Ende des Corporate Computings« für die MIT Sloan Management Review verfasst. Darin prognostizierte er, dass Unternehmen künftig IT-Leistungen wie einen »Utility Service« von externen Anbietern beziehen werden.

Heute, sechs Jahre später, ist Cloud-Computing ein zukunftsträchtiges Geschäftsmodell, bei dem die IT-Leistung und die Applikationen als Dienstleistung und Produkt extern bezogen werden. Die Bereitstellung von IT-Diensten unterschiedlicher Art wird »Utility Computing« genannt. Wie bei der Abrechnung von Strom und Wasser soll die Nutzung von IT-Diensten und Rechnerleistung künftig gegen Bezahlung bereit stehen – je nach Bedarf und Nutzungsgrad durch den User.

Die Cloud macht Firmenrechenzentren den Garaus

In seinem jüngsten Buch »The Big Switch: Rewiring the World, From Edison to Google« beschreibt Carr die ökonomischen und sozialen Konsequenzen durch den Anstieg des internetbasierten Computings.

Für Carr bedeutet Cloud-Computing auf der technischen und Infrastrukturseite das Ende der großen Rechenzentren in Unternehmen. Der Bedarf an Cloud-Computing werde durch die Notwendigkeit steigen, kurz- bis mittelfristig die Betriebskosten zu optimieren.

Cloud-Computing bezieht sich auf die Applikationen, die als Service bereitgestellt beziehungsweise an den Kunden geliefert werden. Hinzu kommen die Hardware und die Systemsoftware in den Rechenzentren, die diese Services hosten.

Neue Aspekte beim Hardware-Einsatz

Auf der Hardwareseite sind nach Angaben des RAD-Lab der Universität Berkeley [1] drei Aspekte neu:

  • Die Vorstellung von unendlichen Computing-Ressourcen, die auf Abruf verfügbar sind, dabei den Bedarf der Cloud-Computing-Nutzer decken und deren Bereitstellung nicht im Voraus geplant werden muss;
  • keine Verpflichtung seitens der Cloud-Nutzer. Diese erhalten jedoch bei Bedarf Zugang zu größeren Hardware-Ressourcen;
  • die Option, Hardware-Ressourcen kurzfristig zu ordern und für diese nur entsprechend der Nutzung zu bezahlen, etwa für Prozessoren auf Stunden- und für Storage-Kapazitäten auf Tagesbasis. Diese Ressourcen kann der Nutzer zurückgeben, wenn er sie nicht mehr benötigt.

Die Forscher der Uni Berkeley argumentieren, dass der Aufbau von großen skalierbaren Rechenzentren an günstigen Standorten der Schlüsselfaktor und »Enabler« für Cloud-Computing gewesen sei. Diese Datacenter und die darauf aufsetzenden IT-Services würden um den Faktor fünf bis sieben niedrigere Kosten für Strom, Netzwerkbandbreite, Betrieb, Software und Hardware aufweisen.

Anwender, die ein Datacenter in Eigenregie betreiben, müssen dieses so auslegen, dass es auch anfallende Spitzenlasten abfängt. Das bedeutet jedoch, dass ein Rechenzentrum so gut wie nie den optimalen Auslastungsgrad erreicht. Schließlich ist nicht an jedem Tag die volle Kapazität gefordert, sprich die Systeme »langweilen« sich den größten Teil der Zeit.

Im Gegensatz dazu führt Cloud-Computing Unternehmen dahin, auf Stundenbasis für die Computing-Ressourcen zu zahlen, was potentiell zu Einsparungen führt.

Formel für Kostenvergleich

Für das Geschäftsmodell Web-Business mit variierender Nachfrage im Zeitverlauf und proportionalem Umsatz zu den vom Nutzer verwendeten Stunden hat Berkeley folgende Formel für den Vergleich entwickelt:

UserHoursCloud x (Revenue minus CostCloud) > UserHoursDatacenter x (Revenue minus CostDatacenter : Utilization)

Die linke Seite multipliziert den Nettoumsatz per Nutzungsstunde mit der Anzahl der Stunden, abzüglich der Kosten. Das ergibt den zu erwartenden Profit beim Einsatz von Cloud-Computing.

Die rechte Seite zeigt die gleiche Kalkulation für ein Rechenzentrum mit fixen Kapazitäten auf. Dabei wird der durchschnittliche Einsatz berücksichtigt, inklusive der »Non-Peak Workloads« des Rechenzentrums.

Kernfaktoren: Datensicherheit und Verfügbarkeit

Entscheidend sind bei allen Modellen die Datensicherheit und die Verfügbarkeit von Daten und Anwendungen. Eine sichere und leistungsfähige IT-Infrastruktur ist für die geschäftskritischen Daten und Anwendungen wichtiger, als Kosten zu sparen.

Dies zu prüfen, ist eine Kernaufgabe bei der Auswahl des Rechenzentrumbetreibers oder Cloud-Computing-Anbieters. Unternehmen sollten klären, welchen Infrastrukturpartner der CC-Anbieter nutzt und die Anforderungen und Voraussetzungen an IT-Sicherheit prüfen. Nur wenn die IT-Infrastruktur durch einen externen professionellen Rechenzentrumsbetreiber, wie etwa Equinix [2], betrieben wird, bedingt das höchste Sicherheit und Verfügbarkeit.

Streaming erfordert höhere Kapazitäten

Applikationen, wie beispielsweise Suchfunktionen und Transaktionsfunktionen, lassen sich gut mittels Cloud-Computing umsetzen. Echtzeitanwendungen und Streaming-Daten über CC bereitzustellen, erfordert dagegen, dass die Anbindungsinfrastruktur hohe Kapazitäten zur Verfügung stellt und entsprechend der Lastspitzen skalierbar ist.

Anwendungsbeispiel: Cloud-Services für den Bundestag

Beides ist in den IBX-Datacentern (International Business Exchange) von Equinix gegeben. Zu den Kunden der Firma gehört die Babiel GmbH. Sie bietet Services im Bereich Konzeption und Realisierung von Kommunikationslösungen, Systemintegration und Softwareentwicklung an.

Das Web-Portal des Deutschen Bundestag wird via Cloud-Computing bereitgestellt.

Diese Lösungen sind so ausgelegt, dass sie über das Internet, Intranets oder Extranets bereitgestellt werden können. Das Unternehmen unterhält im Rahmen eines Colocation-Abkommens in den IBX-Rechenzentren 120 Server in Düsseldorf und Frankfurt am Main.

Auf diesen Systemen lagern die Anwendungen, von denen ein Teil via Cloud-Computing angeboten wird. Der Dienstleister betreut unter anderem den Deutschen Bundestag und hat dessen Internetportal geschaffen.

Lastspitzen abfangen

Das Portal und die Anwendungen werden im Rahmen eines Cloud-Computing-Konzepts bereitgestellt. Im Zusammenhang mit Aktivitäten und Veranstaltungen des Deutschen Bundestages unterliegen bestimmte Anwendungen großen Lastspitzen.

Als beispielsweise die Abgeordneten ihre Nebeneinkünfte offenlegen mussten, führte das zu einer drastischen Belastung der Server: Viele Bürger wollten wissen, wie viel »ihr« Abgeordneter hinzu verdient. Dagegen lassen sich Spitzenbelastungen, die durch Wahlen entstehen, besser vorplanen.

Ein Vorteil von Cloud-Services: Stark wechselnde Belastungen der IT-Infrastruktur lassen sich einfacher abfangen.

Die technische Herausforderung ist die Skalierung, die Babiel als CC-Anbieter abbilden muss und das ohne Systemausfall oder Denial-of-Service. Die Skalierung bezieht sich auf die erforderliche Rechen- beziehungsweise Serverlast. Bedarfsgerecht zu den kurzfristig benötigten Ressourcen werden die Informationen von normalerweise drei Servern bis hin zum Einsatz von 14 Servern nach oben skaliert. Das Verteilsystem für diese Kapazitätserweiterung basiert auf einer Virtualisierungssoftware.

Eine CPU pro Kunde

In der Regel steht pro Kunde eine CPU zur Verfügung. Das System überwacht, wie viel CPU-Last jeweils noch frei ist. Übersteigt die Auslastung eines Servers einen Pegel von 50 Prozent, wird die Anwendung automatisch von der Virtualisierungssoftware auf weitere Server verteilt.

Bei der Übertragung von Streams per Satellit und der Übermittlung von Videos werden die Daten codiert und auf mehrere Server verteilt, Stichwort Load Balancing über die Hardware. Bei hohen Zugriffszahlen ab 500 wird die Lastverteilung auch zwischen den Rechenzentren in Frankfurt und Düsseldorf eingesetzt.

Des Weiteren muss bei Lastspitzen eine höhere Bandbreite geschaltet werden. Der Deutsche Bundestag benötigt beispielsweise bis zu 350 MBit/s, um die angefragten Informationen über diese Web-Site ausliefern zu können.

Freie Wahl des Carriers

Neben der internen Bandbreite im Gigabit-Bereich und Firewalls für die Sicherheit werden Carrier-Leitungen flexibel geschaltet. Dies setzt eine Multihome-IP-Plattform voraus, wie sie etwa Equinix verwendet. Die Plattform ist an Netze unterschiedlicher Carrier angeschlossen. Anwender können somit selbst entscheiden, welchen Netzbetreiber sie für welche Verbindung nutzen wollen.

Idealer Weise erlaubt es Cloud-Computing-Service, auch Bandbreite nach Bedarf zu ordern, etwa um Lastspitzen bei Web-Servern abzufangen.

Mithilfe des Border-Gateway-Protokolls stellen die Systeme im Equinix-Rechenzentrum fest, woher die Anfrage eines Nutzers kommt und über welches der Netze die schnellste Verbindung zum Ziel besteht. Hiermit entsteht eine Lastverteilung zwischen verschiedenen Carriern.

Für Private Clouds, die nur ein Unternehmen bedienen, stehen Glasfaser-Punkt-zu-Punkt-Anbindungen oder Virtual Private Networks (VPNs) zur Verfügung. Auch in diesem Fall kann der Kunde den Carrier auswählen. Allerdings wird die Verbindung dann über einen längeren Zeitraum hinweg genutzt.

Fazit

Sicherheit und Verfügbarkeit sind beim Outsourcing untrennbare Leistungs- und Qualitätsmerkmale in Bezug auf den Dienst und die Datenqualität. Eine sichere Rechenzentrumsumgebung sollte über eine redundante Breitband-Anbindung verfügen, zudem über mehrfach ausgelegte und leistungsfähige Versorgungseinheiten (Strom und Klimatisierung).

Taktische Maßnahmen wie Load Balancing auf der Hardware-Seite und Verteilung der Datenvolumina bei Lastspitzen, eventuell sogar zwischen zwei Rechenzentrumsstandorten, sichern die Verfügbarkeit der Anwendungen und den Zugriff auf Informationen bei kurzfristiger Kapazitätsanforderung.

Der Autor: Jörg Rosengart ist Geschäftsführer von Equinix Deutschland.

[1] http://radlab.cs.berkeley.edu
[2] http://www.equinix.de/

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