Cloud-basierte Bereitstellung von Desktops für IT-Schulungen

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Vorgehensweise

2 Virtualisierung
2.1 Server-Virtualisierung
2.2 Desktop-Virtualisierung
2.3 Bedeutung der Virtualisierung
2.4 Anforderungen zur Virtualisierung

3 Cloud Computing
3.1 Cloud Nutzungsmodelle
3.2 Cloud Servicemodelle
3.3 Desktop as a Service (DaaS)
3.4 Vor- und Nachteile der Cloud

4 Fazit und Ausblick

5 Literaturverzeichnis

6 Internetquellen

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Kaum ein Thema regt die Politik und Wirtschaft mehr zur Diskussion an als die fortschreitende Digitalisierung der Arbeitswelt. Zukünftig reicht Fachkompetenz alleine nicht mehr aus. Vielmehr muss der Mitarbeiter von morgen sich neuen Herausforderungen stellen, die ihm durch die zunehmende Digitalisierung der Geschäftsprozesse bevorstehen. Besonders wichtig sind an diesem Punkt auch neue Weiterbildungsmaßnahmen, die Mitarbeiter auf die anstehenden Veränderungen vorbereiten. Überfachlich wird die Medienkompetenz zunehmend unabdingbar, um mit den digitalen Medien und IT-Systemen zielgerichtet umzugehen. Relevant sind dabei insbesondere die IT-Kenntnisse im Umgang mit Anwendungen. Weiterbildungsformen werden in diesem Zusammenhang ebenfalls digital angeboten. Webinare oder Blended Learning-Angebote werden dennoch weiterhin durch klassische Schulungen in Form von Präsenzveranstaltungen wie Workshops und individuelles Coaching unterstützt.¹

Handelt es sich dabei um die Vermittlung von IT-Anwendungen, werden diese in der Regel in einem PC-Seminarraum abgehalten. Applikationen, die geschult werden sollen, sind auf den Computern installiert und dienen zu Trainings- und Übungs- zwecken. Umso mehr die Schulungsumgebung der Arbeitsumgebung des Teilnehmers gleicht, umso höher ist der Trainingseffekt und die anschließende Umsetzung des Gelernten.²

1.1 Problemstellung

Einen oder mehrere PC-Schulungsräume zu betreiben, bringt einige Herausforderungen mit sich. Etwa durch unterschiedlichste Anwendungen, die in einem Unternehmen zum Einsatz kommen, ergeben sich eine Vielzahl an Schulungsumgebungen, die verfügbar gemacht werden müssen. Das erfordert neben dem Vorhalten von Computer Ressourcen zeitintensive logistische Aufgaben, um die abweichenden Arbeitsumgebungen zu den jeweiligen Schulungsterminen bereitzustellen. Klassischerweise werden die Rechner mit über zuvor erstellten Festplattenabbildern versehen. Diese Abbilder werden als Images bezeichnet. Mit dieser Variante gehen einige Einschränkungen einher. So ist eine spontane Nutzung des Schulungsraumes nicht realisierbar, da zunächst das passende Image verteilt werden muss. Neue Arbeitsumgebungen sind auf Basis der im Einsatz befindlichen Geräte zu erstellen. Beim Austausch der Hardware, bedingt durch höhere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit seitens der Applikationen, müssen die Abbilder neu erstellt werden. Der Schulungsraum sollte mit identischen Rechnern ausgestattet sein, um die Betriebsbereitschaft nach der Verteilung des Abbildes zu gewährleisten. Hinzu kommt, dass die Schulungsumgebungen ausschließlich in diesem Raum sowie zeitlich beschränkt zur Verfügung stehen. Mehrtägige Schulungen, die nicht an direkt aufeinander folgenden Tagen stattfinden, sind ungünstig, da durch das erneute Verteilen vom Image die von Teilnehmern erarbeiteten Daten überschrieben werden.

1.2 Zielsetzung

Diese Seminararbeit erarbeitet eine theoretische Lösung wie durch den Einsatz von Virtualisierung-Technologien in Verbindung von Cloud Lösungen der Bereitstellungsaufwand und Wartungsaufwand in den Computer Schulungsräumen optimiert werden kann.

1.3 Vorgehensweise

Zunächst wird das Thema Virtualisierung, deren Bedeutung und die Anforderungen an die Umsetzung erörtert. Anschließend wird das Thema Cloud Computing und die Leistungen, die aus der Cloud bezogen werden können, beleuchtet, um daraufhin entsprechende Vor- und Nachteile darzulegen.

2 Virtualisierung

Sobald es um Optimierung, Flexibilität und Verwaltung von umfangreicheren IT- Systemen geht, kommt die Virtualisierung zur Anwendung.³

Bei der Virtualisierung handelt sich um einen recht offenen Begriff, der für die Abstraktion von IT-Ressourcen steht. Komponenten wie Server, Speicher, Netzwerke oder Applikationen werden mit Hilfe von Software aufgeteilt oder zusammengefasst. Beispielsweise werden bei der Storage-Virtualisierung technologisch und Herstellerübergreifend verschiedene Datenspeicherungssysteme zu einem virtuellen Speicher zusammengefasst und stehen anschließend als eine Einheit zur Verfügung. Bei der Netzwerk- oder Server-Virtualisierung werden die Ressourcen mit Hilfe von Software aufgeteilt, um auf einem physikalischen Netzwerk bzw. Server mehrere virtuelle Einheiten parallel zu betreiben.⁴

Wenn in der Informationstechnologie von Virtualisierung gesprochen wird, geht es meist darum, physikalische Rechner in eine virtuelle Maschine zu überführen.⁵ Ziel ist es, nicht für jeden Computer eine eigene physikalische Hardware bereitzustellen, sondern auf einer physikalischen Hardware-Plattform mehrere Computer parallel zu betreiben.⁶

Das stellt lediglich einen Teilbereich des Themas Virtualisierung dar. Virtualisierung umfasst weit mehr konzeptionelle und technologische Aspekte. Das gesamte Thema Virtualisierung behandelt ein weitläufiges Gebiet und ist in den jeweils einzelnen Ausprägungen sehr komplex.⁷ Daher werden im Folgenden lediglich die Teilbereiche Server- und Desktop-Virtualisierung dargestellt, da diese im Wesentlichen zur Lösung der Ausgangssituation dienen.

2.1 Server-Virtualisierung

Physikalische Server, auch Hosts genannt, verfügen über Ressourcen (CPU, RAM, Ethernet-Schnittstellen etc.). Auf diesen wird ein Betriebssystem sowie Anwendungen installiert. In der Regel werden Server für jeweils einen Anwendungsfall betrieben, beispielsweise um einen Datenbankserver oder einen E- Mail-Server bereitzustellen. Diese Anwendungsserver lasten die Komponenten eines physikalischen Hosts meistens nicht aus. Die nicht genutzte Kapazität geht verloren. Durch die Server-Virtualisierung werden einzelne Anwendungsserver in eine virtuelle Maschine (VM) überführt. VMs, auch Gastsysteme genannt, werden auf dem Host als Gast betrieben. Die Hardwareleistung wird partitioniert und auf die darauf laufenden VMs aufgeteilt, so dass sich mehrere VMs die verfügbaren Ressourcen teilen.⁸

Möglich wird das mit Hilfe von Software, die als Hypervisor oder auch als Virtual Machine Monitor (VMM) bezeichnet wird. Der Hypervisor stellt eine logische Schicht zwischen der Hardware und den VMs dar. Durch diese Abstraktionsschicht, wird den virtuellen Systemen eine normale Systemumgebung dargestellt. Der Hypervisor ermöglicht den gleichzeitigen Zugriff auf die darunterliegende Hardware, steuert und überwacht die Nutzung der zur Verfügung stehenden Ressourcen und isoliert die jeweiligen Gastsysteme, damit sich diese nicht gegenseitig beeinträchtigen und vom eigentlichen Hostsystem getrennt sind.⁹

Unterschieden wird zwischen zwei Typen: Ist der Hypervisor als Applikation innerhalb eines Betriebssystem betrieben, so wird vom Typ-2 gesprochen. Wird der Hypervisor direkt auf der Hardware betrieben, handelt es sich um einen Typ-1. Typischerweise wird für die Server-Virtualisierung ein Hypervisor des Typ-1 verwendet. Da dieser ohne ein vollständiges Betriebssystem auskommt, ist der Overhead geringer. Dies bedeutet, dass weniger Leistung für den Betrieb des Hypervisors selbst benötigt wird. Die nicht verwendete Leistung steht wiederum den Gastsystemen zur Verfügung.¹⁰

2.2 Desktop-Virtualisierung

Ähnlich wie bei Servern besteht auch ein Personal Computer (PC), der als Arbeitsstation dient, aus Hardware, einem Betriebssystem und Applikationen. Auf gleiche Art und Weise, wie Anwendungsserver virtualisiert werden, sind auch PCs als VMs abbildbar. Betriebssystem und Anwendungen werden in einer VM installiert, die wiederum auf einem Server mit einem Hypervisor lauffähig ist. Die Arbeitsumgebung des Anwenders, auch Desktop genannt, wird dann nicht mehr auf dem Computer am Arbeitsplatz bereitgestellt, sondern auf einem Server im Rechenzentrum. Solche Systeme, die zur zentralen Bereitstellung von Desktop- Rechnern zur Verfügung stehen, werden als Virtual Desktop Infrastructure (VDI) bezeichnet. Die Bereitstellung von Desktops innerhalb einer VDI-Umgebung ist wesentlich schneller und mit weniger Aufwand für die Administratoren verbunden. Bereitstellungsprozesse sind voll automatisiert abbildbar und Probleme können schneller behoben werden. Der Zugriff auf die virtuellen Desktops (VD) wird über ein lokales Netzwerk oder über das Internet ermöglicht.¹¹

Damit der Anwender auf seiner entfernten Arbeitsumgebung arbeiten kann, braucht er weiterhin einen Computer, der mit einem Monitor, einer Tastatur sowie einer Maus ausgestattet ist. Weitere Peripherie, wie beispielsweise eine Webcam oder Lautsprecher, werden ebenfalls benötigt. Ein Computer, an dem diese Geräte angeschlossen werden, wird weiterhin benötigt. Jedoch stellt dieser nur noch die Schnittstelle dar, um Eingaben und Daten an eine VDI-Umgebung zu senden und den Bildschirminhalt darzustellen.¹² Hierzu kommen in der Regel sogenannte Thin Clients zum Einsatz. Diese Endgeräte definieren sich unter anderem dadurch, dass sie einerseits eine geringe Leistung bereitstellen und anderseits weniger Energie verbrauchen. Thin Clients sind auch kostengünstiger in der Anschaffung als herkömmliche Computer, die in diesem Zusammenhang als Fat Clients bezeichnet werden. Mit normalen PCs oder Notebooks ist der Zugriff auf eine virtuelle Umgebung ebenso möglich. Dadurch, dass der personalisierte Desktop inkl. Anwendungen und Daten nicht mehr auf einem Endgerät gespeichert ist, spielt das Endgerät, über das zugegriffen wird, keine Rolle.¹³

2.3 Bedeutung der Virtualisierung

Virtualisierung wird heutzutage nicht mehr in Frage gestellt. Es geht nur noch darum, für den jeweiligen Verwendungszweck eine geeignete Virtualisierungstechnologie zu finden.¹⁴ Welche Bedeutung die Virtualisierung in den heutigen IT-Infrastrukturen hat, wird durch die folgenden Funktionen ersichtlich.

Die Serverkonsolidierung bringt Kosteneinsparungspotentiale mit sich. Durch die bedarfsgerechte und gezielte Zuweisung von Rechnerressourcen an die VMs wird die Rechnerleistung jedes einzelnen physikalischen Servers optimal genutzt. Die Anzahl der Server kann konsolidiert werden. Einsparungen bei der Beschaffung von Hardware sowie Kostensenkungen beim Unterhalt und Wartung sind die daraus resultierenden Vorteile. Die Hardwareunabhängigkeit erleichtert erheblich den Aufwand bei der Bereitstellung von Systemen. VMs sind unabhängig von der darunterliegenden Hardwareumgebung. Dadurch, dass diese in Dateien gekapselt sind, sind sie leicht zu vervielfältigen, zu verschieben sowie leicht zu sichern. Durch unterschiedliche VMs lassen sich die Server-Anwendungen voneinander isolieren. Die Sicherheit in der IT-Infrastruktur wird somit erhöht. Sicherheitsmängel oder Abstürze einzelner Prozesse wirken sich nicht auf die übrigen Systeme aus, was weiterführend auch zu einer höheren Verfügbarkeit und Ausfallsicherheit führt. Hosts können zu sogenannten Clustern gebündelt werden. Auf welchem Rechner innerhalb des Clusters die VM betrieben wird ist unerheblich. Der Ausfall eines physikalischen Rechnersystems wird damit abgefedert, da die VM auf dem nächst verfügbaren Rechner automatisch wieder gestartet wird. Funktionen wie Live- Migration erlauben es, virtuelle Einheiten zwischen zwei physikalischen Maschinen oder zwischen zwei Speichersysteme ohne Funktionsunterbrechung zu bewegen. Wartungsarbeiten am Host oder der Austausch von Hardware sind so jederzeit möglich. Für Systeme, die eine sehr hohe Verfügbarkeit (High Availability, HA) voraussetzen, ist Virtualisierung gleichzeitig eine Schlüsseltechnologie.¹⁵

Das ganze Thema Cloud Computing wird erst durch die Verwendung von Virtualisierung ermöglicht.¹⁶

[...]

¹ Vgl. httc e.V., Mitarbeiterqualifizierung und Wissenstransfer im Zusammenhang der Digitalisierung von Arbeits- und Geschäftsprozessen, 2016, S. 3 f.

² Vgl. Pfitzinger, B./Jestädt, T., IT-Betrieb, 2016, S. 466

³ Vgl. Arnold, C. u. a., KVM Best Practices, 2012, S. 22

⁴ Vgl. Vogel, R./Kocoglu, T./Berger, T., Desktopvirtualisierung, 2010, S. 7f

⁵ Vgl. Meinel, C. u. a., Virtualisierung und Cloud Computing, 2011, S. 13

⁶ Vgl. Definition » Hardware-Virtualisierung « | Gabler Wirtschaftslexikon

⁷ Vgl. Vogel, R./Kocoglu, T./Berger, T., Desktopvirtualisierung, 2010, S. 7

⁸ Vgl. Virtualisierung von Hardware und Software | IT-Systeme Wissen

⁹ Vgl. Arnold, C. u. a., KVM Best Practices, 2012, S 3 f.

¹⁰ Vgl. Client-Virtualisierung für mobile Arbeitsplätze: Citrix XenClient im Test

¹¹ Vgl. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, Was ist Virtual Desktop Infrastructure (VDI)?

¹² Vgl. Desktopvirtualisierung :: VDI (virtual desktop infrastructure) :: ITWissen.info, 2017

¹³ Vgl. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, Was ist ein Thin Client?, 2017

¹⁴ Vgl. Server-Virtualisierung: Upgraden oder wechseln?, 2017

¹⁵ Vgl. Arnold, C. u. a., KVM Best Practices, 2012, S. 21 f.

¹⁶ Vgl. Weber, H./Viehmann, J., Unternehmens-IT für die Digitalisierung 4.0, 2017