Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I»

___________________________________________________________

В.В.Яковлев, Ф.И.Кушназаров

Организация работы с облачными сервисами

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2017

УДК 004.7

ББК А62

Я47

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры

бортовых информационных и измерительных комплексов

Военно- космической академии им. А.Ф. Можайского

В.Н. Арсеньев;

доктор технических наук, профессор, зав.кафедрой

«Информатика и информационная безопасность»

Петербургского государственного университета путей сообщения

А.А. Корниенко

Я47 Организация работы с облачными сервисами: учеб. пособие / В.В. Яковлев,Ф.И.Кушназаров.- СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2017.

ISBN 978-5-

Рассмотрены основные способы управления обменом данными через Интернет, а также хранением персональных и корпоративных данных в глобальных сетях. Дан обзор соответствующих облачных сервисов с определением условий предоставления ресурсов.

Рассмотрены вопросы оптимизированного доступа к облачным хранилищам,

включая технику выбора коммуникационного протокола и синхронизацию удаленных приложений. Описана технология практической работы и настройки требуемых облачных сервисов применительно к условиям реального учебного процесса.Предназначено для студентов высших учебных заведений железнодорожного транспорта направлений «Информатика и вычислительная техника» и «Информационные системы и технологии»

подготовки бакалавров и магистров.

УДК 004.7

ББК А62

ISBN 978-5- © Петербургский государственный

университет путей сообщения, 2017

© Яковлев В.В., Кушназаров Ф.И.,2017

1.Особенности технологий облачных вычислений.

Облачные вычисления — это такой подход к размещению, предо-

ставлению и потреблению приложений и компьютерных ресурсов, при

котором они становятся доступными через Интернет.

Предоставление пользователю услуг как Интернет-сервис является ключевым. Однако под Интернет-сервисом не следует понимать доступ к сервису только через Интернет, он может осуществляться также и через обычную локальную сеть с использованием веб-технологий.

 Основой для создания и быстрого развития облачных технологий послужили технический прогресс в концептуальной области построения виртуализированных систем [1], появление высокопроизводительных систем и сетей хранения данных, систем высокоскоростной сотовой связи, а также предоставление компаниями Microsoft, Google, Amazon и др. первых популярных Интернет-сервисов.

К основным характеристикам облачных вычислений относятся следующие [2].

Масштабируемость.

Масштабируемое приложение позволяет

выдерживать большую нагрузку за счет увеличения количества одно-

временно запущенных экземпляров. Как правило, для одновременного

запуска множества экземпляров используется типовое оборудование,

что снижает общую стоимость владения и упрощает сопровождение

инфраструктуры.

Эластичность.

Эластичность (гибкость) позволяет быстро нарастить мощность инфра-

структуры без необходимости проведения начальных инвестиций в

оборудование и программное обеспечение. Эластичность связана с

масштабируемостью приложений, так как решает задачу моментально-

го изменения количества вычислительных ресурсов, выделяемых для

работы информационной системы.

Мультитенантность.

Это один из способов снижения расходов за счет

максимального использования общих ресурсов для обслуживания раз-

личных групп пользователей, разных организаций, разных категорий

потребителей и т.п. Мультитенантность может быть особенно привле-

кательна для компаний-разработчиков приложений, так как позволяет

снизить собственные расходы на оплату ресурсов облачной платформы

и максимально использовать доступные вычислительные ресурсы.

Оплата за использование.

Оплата использованных ресурсов — важный атрибут облачных

вычислений, позволяющий перевести часть капитальных издержек в

операционные. Приобретая только необходимый объем ресурсов, мож-

но оптимизировать расходы, связанные с работой информационных

систем организации. А в сочетании с мультитенантностью, разделяя

ресурсы между различными потребителями, можно дополнительно снизить расходы. Эластичность позволяет быстро изменить объем ресурсов

в сторону увеличения или уменьшения, тем самым, приведя расходы на поддержку инфраструктуры информационных технологий

(ИТ) в соответствие с фактическими потребностям организации.

Облачные вычисления и предоставляемые ими сервисы (например,

вычислительные мощности или хранилища данных) можно сравнить с комму нальными услугами, когда потребление сервисов, предоставляемых

облачными платформами, может возрастать или уменьшаться в зави-

симости от повышения или понижения нагрузок. Схожесть сервисов и коммунальных услуг заключается в нескольких аспектах. Во-первых, и в том и в другом случае потребители платят только за реальную утилизацию. Во-вторых, и те и другие ресурсы берутся в аренду , т.е. поставщики сервисов обеспечивают их доступность в виде арендуемых ресурсов, оставляя за собой вопросы создания и поддержания инфраструктуры. В-третьих, заключая договор с соответствующей организацией-провайдером сервиса, заказчик подразумевает доступность тех или иных ресурсов и гарантирует своевременную оплату их аренды.

Наиболее частые сценарии использования облачных платформ связаны с хостингом приложений, хранением данных, проведением вычислений.

Общая модель облачных вычислений сочетает в себе 7 главных характеристик – три модели обслуживания и четыре модели развертывания. При этом можно выделить следующие основные (общесистемные) сервисы, предоставляемые облачными платформами.

Платформа облачных вычислений – это программная платформа, объединяющая полный набор инструментов для развертывания и использования облачных вычислений на пользовательском компьютере (без дополнительных инсталляций, покупки оборудования и др.).

Программное обеспечение как сервис.

Модель предоставления программного обеспечения как сервиса (Software

as a Service, SaaS) обеспечивает возможность аренды приложений с

доступом к ним через Интернет и оплатой по факту их использования. Данная модель является наиболее

распространенной на сегодняшний день моделью предоставления об-

лачных сервисов. Организации могут реализовывать подобную модель

предоставления сервиса из частных облаков, используя внутренние сете-

вые каналы, дополнительно защищенные и не связанные с Интернетом.

Потребителями данного типа сервисов являются конечные пользова-

тели, которые работают с приложениями, предоставляемыми в облаке.

Развитием логики SaaS является концепция WaaS (Workplace as a Service- рабочее место как услуга), когда клиент получает в свое распоряжение полностью оснащенное всем необходимым для работы программного обеспечения (ПО) виртуальное рабочее место.

Платформа как сервис.

Модель предоставления платформы как сервиса (Platform as a Service,

PaaS) предоставляет возможность аренды платформы, которая обычно

включает операционную систему и прикладные сервисы. Платформа как

сервис облегчает разработку, тестирование, развертывание и сопрово-

ждение приложений без необходимости инвестиций в инфраструктуру

и программную среду. Платформа как сервис также включает и инфра-

структуру как сервис. Примерами платформ как сервис могут служить широко распространенный в РФ продукт Windows Azure (Microsoft) , Bluemix- передовая облачная платформа IBM для создания и исполнения приложений всех типов (web-приложений, мобильных приложений, приложений для работы с большими данными и др.), а также платформа с открытым кодом Cloud Foundry.

Инфраструктура как сервис.

Модель предоставления инфраструктуры (аппаратных ресурсов) как сер-

виса (Infrastructure as a Service, IaaS) предоставляет возможность аренды

таких инфраструктурных ресурсов, как серверы, устройства хранения

данных и сетевое оборудование. Управление всей инфраструктурой

осуществляется поставщиком сервисов, а потребитель управляет толь-

ко операционной системой и установленными приложениями. Такие

сервисы обычно оплачиваются по их фактическому использованию и

позволяют пользователю увеличивать или уменьшать объем исполь-

зуемой инфраструктуры через специальные порталы, предоставляемые

поставщиками сервисов.

Здесь потребителями являются владельцы приложений, ИТ-специалисты,

подготавливающие образы ОС для их запуска в сервисной инфраструк-

туре. Облачная платформа предоставляет сервисы для запуска виртуаль-

ных машин и сервисы хранения данных. Соглашение о предоставлении

сервисов обычно покрывает такие характеристики сервисов, как

доступность виртуального сервера, время развертывания образа ОС. В

данной сервисной модели могут быть запущены практически любые

приложения, установленные на стандартные образы ОС.

Как и в случае с PaaS, оплата инфраструктуры как сервиса обычно

производится исходя из объема использованных ресурсов.

Модели развертывания (Deployment Models):

• Частное облако (private cloud). Облачная инфраструктура функционирует целиком в целях обслуживания одной организации. Инфраструктура может управляться самой организацией или третьей стороной и может существовать как на стороне потребителя (on premise) так и у внешнего провайдера (off premise). Идеальный вариант частного облака — это облако, развернутое на территории организации, обслуживаемое и контролируемое ее сотрудниками. Примером такого подхода является центр обработки данных (ЦОД) ОАО «РЖД».

• Облако сообщества или общее облако (community cloud). Облачная инфраструктура используется совместно несколькими организациями и поддерживает ограниченное сообщество, разделяющими общие принципы (например, миссию, требования к безопасности, политики, требования к соответствию регламентам и руководящим документам). Такая облачная инфраструктура может управляться самими организациями или третьей стороной и может существовать как на стороне потребителя (on premise) так и у внешнего провайдера (off premise).

• Публичное облако (public cloud). Облачная инфраструктура создана в качестве общедоступной или доступной для большой группы потребителей не связанной общими интересами, но, например, принадлежащих к одной области деятельности (принадлежность к одной области деятельности/ индустрии может предполагать специфичные для этой индустрии приложения, потребность в которых испытывают организации, ведущие аналогичную деятельность или работающие на одном рынке).

Такая инфраструктура находится во владении организации, продающей соответствующие облачные услуги (предоставляющей облачные сервисы).

• Гибридное облако (hybrid cloud). Облачная инфраструктура является композицией (сочетанием) двух и более облаков (частных, общих или публичных), остающихся уникальными сущностями, но объединенными вместе стандартизированными или частными (проприетарными) технологиями, обеспечивающими портируемость данных и приложений между такими облаками (например, такими технологиями, как пакетная передача данных для баланса загрузки между облаками).

Обе базовые модели (публичные и частные облака) обладают существенными достоинствами для бизнеса:

• высокая эффективность – публичные и частные облака основаны на распределённых вычислениях и виртуализации, поэтому их отличает высокая эффективность и производительность; они задействуют разделяемые ресурсы, оптимизируя баланс рабочей нагрузки на множество приложений;

• высокая доступность – достоинство, связанное с распределёнными вычислениями: приложения могут пользоваться архитектурой высокой доступности, которая минимизирует или устраняет плановые и внеплановые простои, повышая уровень сервиса для пользователей и способствуя непрерывности ведения бизнеса;

• эластичная масштабируемость – распределённые вычисления придают публичным и частным облакам эластичную масштабируемость, то есть способность добавлять или уменьшать вычислительные ресурсы по требованию, что обеспечивает существенные преимущества для приложений с переменной рабочей нагрузкой или непрогнозируемым расширением.

Помимо описанной технологии облачных вычислений появились и развивается такие ее формы как fog и edge computing, а также MCC(mobile cloud computing, мобильные облачные вычисления).

Fog computing (туманные вычисления) — архитектура системного уровня для расширения облачных функций хранения, вычисления и сетевого взаимодействия. Концепция предполагает обработку данных на конечных устройствах сети (компьютерах, мобильных устройствах, датчиках, смартфонах и т.п.), а не в облаке.

Термин предложен компанией Cisco, под туманом подразумевается приближение облака к земле, в данном случае туман — это разновидность облачных сервисов, расположенных не где-то в недоступных высотах, а в окружающей нас среде. Иначе говоря, Fog Computing не альтернатива, а дополнение к Cloud Computing, и могут возникнуть ситуации их совместного действия (например, выполнение аналитического приложения), и в таком случае Cloud окажет услугу Fog.

Fog Computing можно определить как в максимальной степени виртуализированную платформу, поддерживающую три основных типа сервисов, образующих M2M: вычисления, хранение и сеть (М2М- группа технологий межмашинного взаимодействия Machine to Machine,являющаяся основой реализации концепции Интернета вещей IoT) постепенно перемещают Интернет вещей в практическую. Задача Fog Computing заключается в обеспечении взаимодействия множества устройств между собой и с облачными ЦОД. Туман можно представить в виде трехуровневой модели. Верхний уровень занимают тысячи облачных ЦОД, предоставляющих ресурсы, необходимые для выполнения трудоемких, например аналитических, приложений. Уровнем ниже располагаются десятки тысяч распределенных управляющих ЦОД, в которых содержится «интеллект» Fog Computing, а на нижнем уровне находятся миллионы отдельных пользовательских устройств.

Преимуществом fog computing является снижение объема данных, передаваемых в облако, что уменьшает требования к пропускной способности сети, увеличивает скорость обработки данных и снижает задержки в принятии решений. Технология Fog computing решают ряд наиболее распространенных проблем, среди которых:

• высокая задержка в сети;

• трудности, связанные с подвижностью оконечных точек;

• потеря связи;

• высокая стоимость полосы пропускания;

• большая географическая распределенность систем и клиентов.

Edge computing (периферийные вычисления) предоставляет средства для сбора и обработки данных в локальных вычислительных устройствах, а не в облаке или удаленном центре обработки данных.

Эта цель достигается путем подключения первичных датчиков к программируемым контроллерам, которые обрабатывают данные на периферии облачной инфраструктуры.

Технологии облачных вычислений  и мобильных устройств, развиваясь  параллельно, способствуют перемещению приложений и информации от клиента к серверу. 

Мобильное облако это, по сути, облако с дополнительным функционалом, позволяющим работать с мобильными устройствами. Многие компании позволяют сотрудникам получать доступ к электронной почте и календарям, используя смартфоны и планшетные ПК, а также работать с критически-важными для компании приложениями и данными с таких устройств. В Европе по данному направлению консорциумом из ведущих вендоров и университетов ( SAP, FRANCE TELECOM, TELECOM ITALIA, BRITISH TELECOM, PORTUGAL TELECOM, NEC EUROPE, INTEL, ITALTEL, CLOUDSIGMA, NEXTWORKS, SOFTTELECOM DESARROLLOS, ONE SOURCE CONSULTORIA INFORMATICA, TECHNISCHE UNIVERSITÄT BERLIN, INOV, INESC INOVACAO, INSTITUTO DE NOVAS TECNOLOGIAS, UNIVERSITÄT BERN, ZÜRCHER HOCHSCHULE FUR ANGEWANDTE WISSENSCHAFTEN, FRAUNHOFER) реализован широкомасштабный проект EU FP7(2012-2015 г.г.) по разработке полностью облачно-ориентированной платформы мобильных коммуникаций и приложений, основанной на использовании в качестве телекоммуникационной среды систем класса LTE и выше, которые обеспечивают канальную производительность сравнимую с фиксированными сетями.