Infrastructure as a Service - IaaS

"Infrastructure as a Service", oder kurz IaaS, ist neben "Software as a Service" und "Platform as a Service" eines der drei Servicemodelle, die das Cloud-Computing ermöglicht. Unter "Infrastructure as a Service" versteht man, dass typische Rechnerinfrastruktur wie Hardware, Rechnerleistung, Netzwerkressourcen oder Speicherplatz über die Cloud von einem Cloud-Anbieter bereitgestellt werden. Der Zugriff auf die Ressourcen kann über öffentlichen oder privaten Netzwerken erfolgen.

IaaS-Typen

Im Allgemeinen unterschiedet man drei Arten von Infrastructure as a Service, je nachdem ob die Services über einer öffentlichen, privaten oder hybriden Cloud angeboten werden.

Public IaaS Cloud

Die Services werden verschiedenen Nutzern auf Basis der selben Hardwareressourcen angeboten. Der Nutzung ist in der Regel für jeden, der eine Verbindung zum Internet hat, möglich. Der Cloud-Anbieter übernimmt zur Gänze die Bereitstellung, den Betrieb und die Wartung der Ressourcen.

Private IaaS Cloud

Bei der privaten Cloud legen sich einzelne Organisationen bzw. Unternehmen Rechnerressourcen in Form eines Rechenzentrums selbst an. Verschiedene Fachabteilungen nutzen diese Ressourcen dann je nach Bedarf. Die Ressourcen stehen lediglich organisations- bzw. unternehmensintern zur Verfügung. Die private Cloud ist ideal um hohe Sicherheitsstandards zu erzielen.

Hybrid IaaS Cloud

Als "Hybride IaaS Cloud" bezeichnet man die Kombination aus "Public IaaS Cloud" und "Private IaaS Cloud". Sensible Daten können über eine private Cloud bearbeitet werden, während für die restlichen Daten die öffentliche Cloud genutzt werden kann.

Vorteile

"Infrastructure as a Service" wird vor allem aufgrund der flexiblen Anmietungsmöglichkeit der Rechnerkapazitäten verwendet. Nur die Ressourcen, die wirklich benötigt werden, werden je nach Bedarf (on-demand) in Anspruch genommen und bezahlt. Dies ist beim Anlegen von eigenen Rechnerzentren nicht möglich, denn diese müssen laufend angepasst und gewartet werden, wodurch die Gefahr von Überkapazitäten oder Überlastung ständig gegeben ist. Durch IaaS kann dieses Risiko beseitigt werden, was speziell für schnell wachsenden Unternehmen wie Start-Ups, aber auch solchen, die mit einer überproportionalen Auslastung in den Spitzenzeiten zu kämpfen haben, einen entscheidenden Mehrwert bedeuten kann.

Beliebte IaaS-Anbieter

Im Laufe der Jahre hat sich die Idee vom Cloud-Computing und IaaS etabliert und es gibt mittlerweile eine Vielzahl an verschiedenen Anbietern. Amazon und Microsoft sind mit ihren Plattformen Amazon Web Services (AWS) und Microsoft Azure die verbreitetsten Lösungen.

Amazon Web Services

Amazon Web Services, kurz AWS, ist ein hundertprozentiges Tochterunternehmen vom Online-Versandhändler Amazon, welches seit 2006 Cloud-Computing-Dienste anbietet und somit als Pionier in der Branche gilt. Mit einem Marktanteil von circa 35% (Stand 1. Quartal 2018, Quelle Gartner Inc.) ist AWS Marktführer in der Cloud-Sparte. Von Beginn an konzentrierte sich AWS vor allem auf Unternehmen und weniger an Endbenutzer, wobei es laut eigenen Angaben mittlerweile von mehr als Hunderttausend Unternehmen in 190 Ländern benutzt wird. Die AWS-Cloud bietet verschiedenste Infrastruktur-Services an, wie beispielsweise Rechenleistung, Speicheroptionen, Netzwerk und Datenbanken. Die AWS-Cloud greift auf Rechnerzentren in 18 verschieden Regionen, welche rund um den Globus verteilt sind, zu. AWS biete über 50 Services an, wobei Amazon EC2 (Elastic Computer Cloud) und Amazon S3 (Simple Storage Service) die zwei wichtigsten IaaS-Services sind. Bei Amazon EC2 handelt es um einen Service, mit welchem man sich virtuelle Server, die je nach Auswahl auf Linux oder Microsoft Windows basieren, anlegen kann. Je nach Konfigurationen und Benutzungszeit werden die Kosten für einen Server berechnet. Die virtuellen Maschinen sind nicht persistent, was bedeutet, dass der Inhalt des Arbeitsspeichers beim Stoppen sofort gelöscht wird. Bei Amazon S3 handelt es sich um eine Online-Storage-Dienst, der theoretisch beliebig große Datenmengen abspeichern kann.

Anwender wählen in AWS die benötigten Dienste nach Belieben aus, wobei auch hybride Nutzungsformen möglich sind, um die AWS Cloud Services mit den eigenen IT-Ressourcen im Unternehmen zu kombinieren.

Microsoft Azure

Microsoft bietet seit 2010 mit Microsoft Azure, kurz Azure, eine eigene Cloud-Computing-Plattform an. Die Plattform wird weltweit bereitgestellt und hat mit mittlerweile 44 Server-Zentren, Tendenz steigend, die meisten in der Branche. Insgesamt bietet Azure über 600 Cloud-Dienste an. Darunter befinden sich auch IaaS-Angebote, wie virtuelle Maschinen (VM's), SQL-Datenbanken, Storage-Services und virtuelle Netzwerke.
Microsoft wirbt vor allem mit einer einfachen Integration der bereits bestehenden IT-Struktur von Unternehmen und Hybridcloudlösungen. Azure wird deshalb von Microsoft als die perfekte Cloud-Plattform für Universitäten und Bildungseinrichtungen beschrieben, unter anderem auch deshalb, weil man sich als Open-Source-freundlich darstellt: Rund ein Drittel der von Azure bereitgestellten VM's sind Linux-betrieben und verschiedenste Open-Source Applikationen als auch unterschiedlichste Programmiersprachen werden unterstützt.

Microsoft Azure wird von verschiedenen Resellern in Europa angeboten, wobei es mittlerweile auch die Möglichkeit gibt, dass Daten ausschließlich in Azure-Rechnerzentren innerhalb der EU gespeichert werden.

CloudSigma

CloudSigma ist ein in der Schweiz gegründeter Cloud-Provider mit Hauptsitz in Zürich, der seit 2009 "Infrastructure-as-a-Service"-Dienste anbietet. Die Anfänge von CloudSigma waren vor allem in Europa, schnell expandierte aber das Unternehmen und hat mittlerweile auch Rechnerzentren in den Vereinigten Staaten, Saudi-Arabien und Australien. Alle Rechnerzentren sind hochmodern und Tier3-zertifiziert, um Ausfallzeiten möglichst ausschließen zu können. Schon seit 2013 gehört CloudSigma zum kleine Kreis von Cloud-Providern, die nur noch SSD-Speicher verwenden.

CloudSigma bietet vor allem Compute-Services an. Virtuelle Maschinen können mit beliebigen Spezifikationen konfiguriert werden, was bedeutet, dass nicht nur vorkonfigurierte VM's wie bei den meisten Konkurrenzanbietern zur Auswahl stehen, sondern die VM's zur Gänze frei konfiguriert werden können. CPU, Arbeitsspeicher, Speicherkapazität und Bandweite können in gewissen Intervallen-Längen beliebig angepasst werden. Diese Intervalle sind in der nachfolgenden Tabelle ersichtlich.

Die in Anspruch genommen Ressourcen werden separat alle 5 Minuten aufgezeichnet und so in Rechnung gestellt. Zudem kann der Nutzer die Rechnerleistung so verteilen wie er will: Er kann beispielsweise 10Ghz auf 10 Kerne je 1Ghz oder auf 4 Kerne je 2.5Ghz verteilen. Diese Einstellungen kann man jeweils je nach Bedarf ständig anpassen.

Zudem schränkt CloudSigma die darauf laufende Software nicht ein: Es sind alle beliebigen Betriebssysteme kompatibel, die x86-basiert sind und somit für Intel- und AMD-Architektur geeignet sind. Auf den CloudSigma-Servern sind eine Reihe von Betriebssystemen, darunter Server- und Desktopversionen von Windows und Linux, schon verfügbar (siehe nachfolgende Tabelle), der Benutzer kann aber auch andere Betriebssysteme im ISO-Format hochladen.

CloudSigma hat einen eigenen Cloud-Stack erstellt und ist somit von anderen Anbietern und Stacks völlig unabhängig. Eine Ausführliche Beschreibung des technischen Grundgerüstes und Aufbau des proprietären CloudSigma-Stacks finden Sie hier.

CloudSigma ist sehr bemüht Privatsphäre und Datensicherheit auf höchsten Niveau zu garantieren und hat aus diesem Grund den ISO/IEC 27001:2013-Standard für seine Datenzentren erhalten. Europäischen Kunden wird garantiert, dass ihre Daten die europäischen Datenzentren niemals verlassen und somit ausschließlich innerhalb der EU abgespeichert werden.

Eine ausführliche Dokumentation wie man sich Zugriff auf die Services von CloudSigma verschafft und wie man diese einrichtet finden sie hier.

Open-Source-Ansätze

OpenStack

OpenStack ist ein Open-Source-Projekt für das Erstellen von Cloud-Plattformen, das im Jahre 2010 vom Hostinganbieter Racksparche und der US-Raumfahrbehörde NASA ins Leben gerufen wurde. Ziel von OpenStack ist es eine quelloffene Architektur für den Aufbau von öffentlichen und privaten Clouds bereitzustellen. OpenStack bezeichnet sich selbst als die größte Open-Source-Community, die es jemals gegeben hat. Das Projekt basiert auf die Programmiersprache Phyton und zählt mittlerweile mehr als 60 Tausend Mitglieder aus über 180 Ländern. Das Projekt wird unter anderem von IT-Riesen wie AT&T, HP und Intel unterstützt.

OpenStack besteht aus einer Vielzahl an Softwarekomponenten für die Erstellung eigener Cloud-Plattformen. Durch die große Anzahl an Komponenten gilt OpenStack als äußert komplex, bietet jedoch aufgrund der modularen Architektur erst die Möglichkeit eine völlig individuelle Cloud-Infrastruktur nach eigenen Bedürfnissen zu erstellen, die auch auf Standardhardware laufen kann.

OpenStack ist so aufgebaut, dass Projekte auf sieben Kernkomponenten aufgebaut werden müssen und dann je nach Bedürfnis mit einer Vielzahl an weiteren Komponenten erweitert werden können. Die drei wichtigsten Komponenten sind Compute, Storage und Networking. Mit der Komponente Compute, auch Nova genannt, werden virtuelle Maschinen verwaltet. Die Komponente Storage, auch Swift genannt, ist ein redundanter Objektspeicher, der unter anderem auch vom Nova verwendet werden kann. Die Komponente Networking, alias Neutron, hilft als Netzwerkdienst bei Verwalten von Netzwerken, Subnetzen und IP-Adressen.

Eine Vielzahl an Unternehmen haben sich die quelloffene Architektur zu Nutze gemacht und bieten Cloud-Dienstleistungen an, welche auf OpenStack aufbauen, sich jedoch durch entsprechenden Änderungen von der ursprünglichen Vanilla-Version abheben. Beispiel hierfür sind Cloud-Lösungen wie die von den Unternehmen Red Hat, SUSE oder Mirantis.

Hier finden Sie eine ausführliche Dokumentation über die von EODC bereitgestellte IaaS-Plattform, welche sich als reine Vanilla-Version von OpenStack präsentiert.

IaaS an der Uni Wien

Virtuelle Infrastruktur Uni Wien

Die Zentrale Informatikdienst der Universität Wien bietet internen Kunden die Möglichkeit virtuelle Server anzulegen. Ein virtueller Server kann von dazu autorisierten Personen per E-Mail an vi.zid@univie.ac.at mit den gewünschten Spezifikationen beantragt werden. Die internen Kunden werden jedoch ausdrücklich gebeten nur so viel Kapazität in Anspruch zu nehmen, wie auch wirklich benötigt wird. Als Betriebssysteme sind von Haus aus Microsoft Windows Server und Ubuntu verfügbar, was jedoch nicht bedeutet, dass andere Betriebssysteme bei Bedarf nicht installiert werden dürfen. Für etwaige Probleme ist der/die ServeradministratorIn dann allerdings selbst zuständig und es wird keinerlei Haftung übernommen.

Seit Dezember 2017 werden sämtliche genutzte Ressourcen wie folgt verrechnet:

Ressourcen	Preise in Euro/Jahr
1 vCPU	25
1 GB RAM	25
1 GB Systemdisk	1
1 GB Datendisk	0,3
1 GB Template	0,3

Eine detaillierte Dokumentation wie man eine virtuelle Maschine, die man von der Uni Wien bereitgestellt bekommt, konfiguriert und startet finden sie hier.

GÈANT Cloud Services

GÉANT ist der Dachverband der europäischen Wissenschaftsnetze und verbindet über 40 nationale Bildungs- und Forschungsnetze europäischer Länder, auf englisch "National Research and Education Networks" (NRENs). Zu den Mitgliedern gehört auch das österreichische NREN ACOnet.

Die GÉANT Association hat im Jahr 2016 eine große Rahmenvertragsausschreibung für alle interessierten GÈANT-Mitglieder durchgeführt, mit dem Ziel geeignete "IaaS Cloud Services"-Anbieter für den Bereich Bildung, Wissenschaft und Forschung zu suchen und die Nutzung von "IaaS Cloud Services" in europäischen Forschungs- und Bildungseinrichtungen zu fördern. Ein Katalog aus verschiedenen geeigneten Anbietern konnte erstellt werden, wodurch nun für alle teilnehmenden Mitglieder die Möglichkeit besteht mit diesen Providern vereinfacht Vereinbarungen und Verträge abzuschließen.

Das Austrian Academic Computer Network, kurz ACOnet, hat als österreichisches NREN ebenfalls GÈANTs Ausschreibung für das Projekt "GÈANT Cloud Services" erhalten und wurde durch die Beteiligung daran zum ersten Mal mit "Infrastructure as a Service" konfrontiert. ACOnet konnte mit 9 verschieden Anbietern bzw. Resellern eine Service-Commencement-Vereinbarung abschließen.

Ziele

Ziel der Ausschreibung ist, dass europaweit Bildungs- und Forschungsinstitutionen vereinfacht die neue Welt der Cloud-Services erforschen können. Dadurch, dass GÈANT die Verträge mit den verschiedenen Cloud-Anbietern konform der europäischen Richtlinie 2014/24/EU abgeschlossen hat, sind diese im Normalfall auch problemlos mit den nationalen Regelungen der jeweiligen EU-Mitgliedsstaaten vereinbar. Zudem werden aufgrund der im Mai 2018 in Kraft getretenen EU-Datenschutz-Grundverordnung (General Data Protection Regulation) die Verträge entsprechend aktualisiert. Daraus resultiert der Vorteil, dass Bildungs- und Forschungsinstitutionen die Möglichkeit haben die verschiedenen Anbieter und ihre Services testen und vergleichen zu können, ohne sich mit langwierigen Vertragsabschlüssen auseinandersetzten zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist, dass GÈANT den Cloud-Anbietern gezielte Forderungen gestellt hat und die Provider so zum ersten Mal auf die Wünsche der Bildungs- und Forschungsinstitutionen eingegangen sind. Zudem konnten durch die Aggregation der Nachfrage signifikante Preisnachlässe erzielt werden.

Cloud-Katalog

Nach Verhandlungen mit verschiedenen Anbietern, gelang es GÈANT folgende "IaaS Cloud Service"-Anbieter im Katalog aufzunehmen:

Reseller für Amazon AWS:
- Arcus Global*
- Comparex*
- Sparkle
Reseller für Microsoft Azure:
- Atea*
- Comparex*
- SoftwareONE*
- Cacttus
- Dom-Daniel
- Infosoft
- Micromail
- Nextsense
- Axians
- Span
CloudSigma*
Dimension Data*
Interoute*
Telecom Italia Sparkle*
Lattelecom Cloud Services
Vancis
KPN
ITSoft
T-Systems Cloud Service

*Service-Commencement-Vereinbarung mit ACOnet abgeschlossen und somit in Österreich verfügbar

Es ist anzumerken, dass nicht alle Anbieter alle ihre Cloud-Services im Rahmen des GÈANT-Rahmenvertrages bereitstellen. Einige Anbieter haben beschlossen nur jene Services anzubieten, die zur Kategorie "Infrastructure-as-a-Service" gezählt werden können und zudem für Forschungs- und Bildungseinrichtung relevant sind. In der Regel handelt es sich dabei um Compute-, Sotrage-, Network- und Database-Services. Zudem unterscheiden sich bei Amazon Web Services und Microsoft Azure die angebotenen Services zwischen den verschiedenen Reseller leicht untereinander.

Alle Reseller als auch eigenständigen Anbieter müssen hinsichtlich verschiedener Kriterien die von GÈANT verlangte Mindestanforderungen einhalten. Im nachfolgende Schema sind alle für Österreich relevanten Reseller bzw. Anbieter aufgelistet. Es ist festzustellen, dass CloudSigma in fast allen Kategorien von GÈANT als zufriedenstellend klassifiziert wird. Die Reseller von AWS und Azure lassen speziell hinsichtlich Identity Management zu wünschen übrig, wobei Arcus Global am besten abschneidet. Genauere Informationen dazu können erst im Verlauf der bevorstehenden Tests eingeholt werden.

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Rolle der Forschungsinstitute

GÈANT lässt es den nationalen Bildungs- und Forschungseinrichtungen frei zur Auswahl mit welchen Anbietern aus dem Katalog sie eine Vereinbarung treffen und welche Rolle sie im eigenen Land einnehmen. Grundsätzlich ist es für ein NREN möglich als Referrer, Reseller oder Underwriter zu agieren.

Referrer

Als Referrer schließt ein "National Research and Education Network" (NREN) Vereinbarungen mit verschiedenen "IaaS Cloud Service"-Anbietern ab und stellt lediglich die Möglichkeit zur Inanspruchnahme der Services für Teilnehmerinstitutionen zur Verfügung. Der Abschluss von Verträgen erfolgt jedoch ausschließlich zwischen den Teilnehmerinstitutionen und den Cloud-Providern selbst.

Reseller

Als Reseller schließt ein "National Research and Education Network" selbst Verträge mit den "IaaS Cloud Service"-Anbietern. Interessierte Teilnehmerorganisationen müssen sich wiederum für den Erhalt der Services an das NREN wenden und mit diesem einen Vertrag abschließen. Der Service selbst stammt aber weiterhin vom Cloud-Anbieter.

Underwriter

Als Underwriter stellt das nationale Bildungs- und Forschungsnetz die Services, die es von den Anbietern als ganze Einheit kauft, den Teilnehmerinstitutionen selbst zur Verfügung. Das NREN wird selbst zum Cloud-Provider, was erhöhte Rechnener-Ressourcen und Know-How voraussetzt.

Rolle von ACOnet

Die Universität Wien als ACOnet-Betreiber hat sich für die Referrer-Rolle entschieden. Teilnehmerinstitutionen können nach Absprache mit ACOnet die Cloud-Services direkt von den "IaaS Cloud Services"-Anbietern in Anspruch nehmen.

Cost Recovery Model

Das Sicherstellen der Services im eigenen Land verursacht für die nationalen Bildungs- und Forschungsnetze einen erheblichen Mehraufwand und Kosten. Aus diesem Grund können diese einen "Cost-recovery"-Beitrag verlangen um die wachsenden Anforderungen bewältigen zu können. Dies kann entweder als Prozentaufschlag auf die Angebotspreise oder auch als fixe (jährliche) Gebühr von Teilnehmerinstitutionen eingefordert werden.

ACOnet hat einen "Cost-recovery"-Beitrag von 2% festgesetzt. Dieser Beitrag wird auf die Angebotspreise aufgeschlagen. Die "IaaS Cloud Service"-Anbieter müssen den beziehenden Teilnehmerorganisationen den Aufschlag direkt in Rechnung stellen und dann an ACOnet abführen.

GÉANT IaaS Cloud Services Framework Portfolio – Kickoff-Meeting

Um interessierte ACOnet-Teilnehmerorganisationen näher zu informieren, wurde am 14. Juni 2017 ein ganztägiges Kickof-Meeting an der Universität Wien organisiert.

Eingeleitet wurde der Informationstag von Christian Panigl aus der Perspektive von ACOnet als Referrer und von Bastian Kemmler, als Vertreter des GÉANT Cloud-Teams. Darauf folgten Präsentationen von den für ACOnet berechtigten Partneranbietern mit darauffolgenden Diskussionsrunden. Abschließend stand den Teilnehmern noch Rechtsanwalt Michael Pilz für rechtliche Fragen zur Verfügung.

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