Cloud Computing Luis Espino

7/22/2019 Cloud Computing Luis Espino

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CLOUD COMPUTING COMO UNA RED DE SERVICIOS

Luis Fernando Espino Barrios

Instituto Tecnolgico de Costa [email protected]

Reporte Tcnico MC-6006-200869282Noviembre 2009

Resumen: En este reporte tcnico se presenta Cloud Computing como una red deservicios, desde una perspectiva que ayude a comprender de mejor manera losconceptos asociados. Cloud Computingha evolucionado en los ltimos aos debido ala heterogeneidad del hardware y del software, y no se debe confundir con Grid

Computing que es una combinacin de recursos o con Utility Computing que estorientado a un servicio especfico, aunque ambos pueden complementarse con CloudComputing. Por lo anterior en este reporte se contrastan dichos conceptos para notarlas diferencias. Tambin, se presentan la arquitectura, la infraestructura y las actualestendencias de Cloud Computing, expuestos desde el punto de vista de red.

Palabras claves: Cloud Computing, Cloud Networking, Grid Computing,Datacenter, Utility Computing,Inter Cloud, Virtualizacin.

0.IntroduccinCloud Computing provee servicios por un tercero a travs de internet, de all la metfora deCloud, dichos servicios son provedos en cuanto sean requeridos en ambientes distribuidos,disponibles, con menor complejidad y a gran escala. Cloud Computingproporciona herramientasde software, plataformas e infraestructura como servicios, a saber, SaaS, PaaS, IaaS. El enfoquede este reporte tcnico es estudiar el concepto de Cloud Computingcomo una red servicios desdeuna perspectiva comprensiva, adems de definir cul sera la manera idnea de implementarla,teniendo en cuenta aspectos como el diseo, los modelos de red y los protocolos decomunicacin. Adems, se tratan algunos modelos propuestos de arquitectura que varan deacuerdo al proveedor, generando con esto ambientes heterogneos que hacen compleja la

interconexin. La infraestructura fsica se implementa generalmente a travs de Datacentersquesegn el tipo podran serPublicoPrivate Cloud, tambin se utiliza en gran parte la virtualizacindebido a la escalabilidad y disponibilidad que presenta. Adems de estos beneficios lavirtualizacin provee una propiedad importante que es el aislamiento, sin embargo, no hay quedejar atrs aspectos por un lado como la seguridad y por otro lado la definicin de estndares parainterconectar Clouds. Hay dos enfoques derivados de Cloud Computing, uno es el CloudNetworking que forma parte de la base de infraestructura, tambin est el enfoque Inter Cloudque bsicamente trata temas relacionados a la interconexin de Clouds.


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0.1. Qu es Cloud Computing?Cloud Computing[1]se refiere por una parte a la aplicaciones entregadas como servicios sobreinternet y por otra parte al hardware enDatacentersque proveen estos servicios. Tambin en [2]se menciona que Cloud Computing es la convergencia y evolucin de muchos conceptos de

virtualizacin, de aplicaciones distribuidas, de Grids que habilitan un enfoque flexible para eldespliegue y del escalado de aplicaciones [3]. Cloud Computing es un trmino utilizado paradescribir una plataforma y el tipo de aplicacin [4], siendo una plataforma que dinmicamenteaprovisiona, configura y reconfigura servidores como sea necesario.

0.2. Evolucin de Cloud ComputingEl trmino Cloud Computing no es nuevo, ni revolucionario, sino que es un trmino que havenido evolucionando con el tiempo [5]. Empez en los aos 1980s bajo conceptos de GridComputing, aunque con ciertas diferencias y enfatizado a servidores virtuales; luego en los aos1990s se expandi el concepto de virtualizacin elevando el nivel de abstraccin de los

servidores virtuales, primero como plataforma virtual y luego como aplicaciones virtuales; msadelante se conoci el trmino Utility Computing, que ofrece clusterscomo plataformas virtuales;recientemente el trmino software como servicio (SaaS) elevando el nivel de virtualizacin a lasaplicaciones, con un modelo de negocio no recargado en recursos consumidos.

Debido a esta evolucin el concepto de Cloud Computing combina los trminos anteriores deGrid, Utilityy SaaS, siendo un modelo emergente en donde los usuarios pueden tener acceso alas aplicaciones desde cualquier lugar a travs de dispositivos conectados.

0.3. Beneficios y riesgosEn [6]se mencionan los siguientes beneficios de Cloud Computing:

- Reduce el costo total de propiedad: debido a que en toda organizacin ese es uno de losprincipales objetivos, minimizacin de costos en hardware y software.

- Incrementa la escalabilidad y fiabilidad: debido que a travs de diferentes infraestructurasse puede habilitar lo escalable y fiable que pueden llegar a ser los sistemas bajo conceptosde Cloud Computing.

- Adems, existen varios beneficios que tambin puede actuar como riesgos dependiendo sila implementacin se realiz bajo los pasos sugeridos, entre estos se pueden mencionar ladisponibilidad, el rendimiento, la capacidad, etc.

Por otra parte en [7]se mencionan beneficios referentes al desarrollo y despliegue:

- Reduce el tiempo de ejecucin y el tiempo de respuesta.- Minimiza el riesgo de adquirir nueva infraestructura.- Menor costo de inversin inicial.- Aumenta el ritmo de la innovacin.


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1.ImplementacinEn [8]y [9]se mencionan tres escenarios para la formacin de Cloud Computing, a saber,PrivateCloud, Public Cloud e Hybrid Cloud. Estos escenarios se han convertido en medios atractivospara el intercambio computacional [10], de almacenamiento y de recursos de red entre

desarrolladores de servicios mltiples y de aplicaciones de prestacin de servicios. No hay queolvidar la capacidad de reasignar dinmicamente los recursos utilizando tecnologas devirtualizacin, ayudando a mitigar la necesidad de inversiones adicionales en infraestructura entiempos de alta demanda.

Estos tres escenarios son implementados en los Datacenters y su disposicin hace que sucategorizacin dependa del enfoque, ya sea interno, externo o combinado.

1.1. PrivateCloudPrivate Clouds [8]son escenarios donde las compaas realizan sus operaciones fuera de lnea,ejecutando aplicaciones seguras en Datacenters. De modo que, este escenario tambin se puedellamarInternal Cloud.

En [9] se menciona que Internal Cloud aplica los conceptos de Cloud Computing a recursospropios de la empresa que consume el servicio, proveyendo la capacidad de manejar aplicacionesweb nuevas y existentes, mientras se provee de seguridad y regulacin. Tambin se menciona quePrivate Cloudtrae consigo ciertas ventajas:

- Disponible en demanda.- Rpido aprovisionamiento de servicios de negocio.- Reduccin del costo a travs de economas a escala.-

Flexibilidad y libertad de seleccin,- Basado en el uso.- Controlado y asegurado por corporacin de IT.

1.2. PublicCloudPublic Clouds [8] son escenarios donde las compaas necesitan mover datos o aplicacionesdesde su interior al exterior, ambos escenarios utilizan la misma arquitectura, con la diferenciaque el escenario pblico se conecta con otros escenarios. De modo que, este escenario tambin sepuede llamarExternal Cloud.

External Cloudinvolucra recursos y servicios IT que son vendidos [9], tales como auto servicio,aprovisionamiento en demanda y pago por utilizacin, todos estos servicios accedidos a travs denavegadores web o a travs de APIs.

Bajo el escenario deExternal Cloudse ejecutan diferentes tipos servicios que se detallarn en lasiguiente seccin, que son software, plataformas e infraestructura como servicios.


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1.3. HybridCloudPor ltimo, se hace referencia a una mezcla entre los dos escenarios anteriores, llamada HybridCloud, en [8] se le llama Inter Cloud, que es un tipo de escenario semi pblico, el cual secomporta como unPrivate Cloudcon la particularidad que ciertas empresas pueden compartir su

informacin con ciertos niveles de permiso, por ello el trminosemipblico.El control dePublic Cloudlo hace el proveedor, mientras que el control de Private Cloudlo hacela empresa, y la finalidad es que a travs de ambos enfoques satisfacer las necesidades de unsistema de aplicacin.

Inter Cloudcomo escenario [9], brindara la capacidad de elegir los proveedores de servicio, y losproveedores de servicio federados seran capaces de compartir las cargas de servicio, siendo unarelacin ms flexible.

2.Niveles de servicio2.1. Niveles de servicioLos diferentes niveles de servicio que componen a Cloud Computingson IaaS, PaaS y SaaS. Sinembargo, en [11]se menciona otro nivel de servicio, aunque ciertos autores lo prefieren alojar enentre los mismo tres niveles de servicio y no crear uno nuevo, es el llamado ITaaS, IT comoservicio, siendo un modelo de servicio donde una organizacin o individuo contrata con unproveedor de servicios para obtener conectividad de red y cualquier otro servicio incluido, como

backupde red, recuperacin de desastres, VPN, conferencias web, etc. Aunque este nivel es muygeneral y puede abarcar a los tres anteriores pero de una forma unificada.

2.1.1. IaaSInfrastructure as a Serviceo infraestructura como servicio [2]es entregar tanto hardware comosoftware como un servicio. El ejemplo ms comn es el hosting, el cual, nos provee de hardwarecomo un servidor y de software como un webserver, sin embargo, este concepto ha evolucionadoa infraestructura como EC2 y S3.

Otra manera de ver IaaS [12]es como la manera de compartir recursos para ejecutar servicios,tpicamente utilizando tecnologa de virtualizacin, en donde mltiples usuarios utilizan dichosrecursos. Los recursos pueden fcilmente escalar cuando la demanda se incrementa, ygeneralmente se utiliza mtodos como pago por uso.

Uno de los servicios que toma importancia concerniente a la infraestructura es el Cloud Storageque se menciona a continuacin:


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2.1.1.1. Cloud StorageEs almacenamiento localizado ya sea en Datacenters pblicos o privados, separados delalmacenamiento primario. Pertenece al nivel de infraestructura como servicio, la manera deimplementacin es a travs [13]del Service Oriented Architecture(SOA), y la localizacin tiene

diferentes variaciones, Cloud Storagepuede ubicarse en:- UnDatacenterpblico,- UnDatacenterprivado, o- Separado del almacenamiento primario.

La manera de acceso puede ser de dos formas: Directamente como bloques o archivos; oindirectamente a travs de aplicaciones que estn ubicadas en el mismo lugar delalmacenamiento.

Hay dos tecnologas [14]que proporcionan mtodos de almacenamiento: La primera es StorageArea Network (SAN) que son switches de redes de alta velocidad que permiten que mltiplescomputadoras tengan acceso compartido a varios dispositivos de almacenamiento; y la segundaesNetwork-Attached Storage(NAS) que vienen como aplicaciones NAS o GatewaysNAS, sonservidores de archivos virtuales que tienen soporte a protocolos como NFS, siendo un dispositivoque directamente concede a la red y que tiene capacidades de compartir archivos.

Los protocolos utilizados para Cloud Storage son SOAP o REST, ms adelante se detallarndichos protocolos. Tambin existen ciertas barreras para su adopcin, tales como, el ahorro decostos no es significante, se pone en riesgo la privacidad de los datos, cuestiones de migracin,disponibilidad de datos y contratos como SLAs.

2.1.2. PaaSPlatform as a Serviceo plataforma como servicio [2], es entregar una plataforma de desarrollo deaplicaciones como un servicio para desarrolladores en la web. Generalmente se provee deherramientas tipo middleware, por ejemplo, Google AppEngine. Adems de dicha entrega,tambin se ofrece un ambiente de ejecucin como el servidor de aplicaciones.

2.1.3. SaaSSoftware as a Service o software como servicio [2] provee la administracin y hosting deaplicaciones con sus propios Datacenters, se maneja el trmino de mltiples inquilinos, porejemplo Oracle CRM On Demand o Salesforce.

Es interesante lo que dice [15] acerca de SaaS, lo compara con la controversia que gener lacomputacin cliente-servidor para reemplazar la computacin de mainframes, y para el usuariofinal SaaS es un simple concepto, el usuario solamente ingresa a una aplicacin a travs delnavegador web sin saber en donde se aloja o como est siendo servida, solamente sabe que esrpida y segura.


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2.2. TendenciasEntre las tendencias principales se pueden mencionar: para IaaS estn EC2 y S3; para PaaS estGoogle AppEngine; y para SaaS estn Oracle CRM On Demand, Salesforce y Netsuite.

En [16]se menciona que el departamento de IT de Intel ha ganado experiencia en SaaS e IaaSmigrando muchas aplicaciones a External Clouds, y ha utilizado escenarios IaaS para alojaralgunos servicios experimentales como proof-of-concept (PoC). SaaS principalmente se hautilizado para conferencias web y se han explorado aplicaciones de oficina y CustomRelationship Management(CRM).

En [14] se menciona un aspecto importante de la tendencia de los niveles de servicio,especialmente de SaaS, y es que la demanda de los clientes y la competencia en la industria delsoftware ha evolucionado los modelos de precios para software empresariales y este ha cambiadolos trminos de licencia, se ha migrado de ambientes de trminos fijos a proveedores de serviciosen trminos variables, el trmino comn que se ha utilizado es on-demand.

3.Tecnologas similares3.1. DatacenterLos Datacenters son ambientes especializados [17], que salvaguardan muchos de los valiososequipos de las compaas y propiedad intelectual.

Entre las principales tareas que unDatacentermaneja estn:

- Procesar las transacciones del negocio- Hosting- Procesar y almacenar la propiedad intelectual- Mantener los registros financieros- Manejar correos electrnicos

3.1.1. Diseo deDatacentersEn esta seccin se trata el diseo de red para la implementacin y puesta en prctica deDatacenters, existen varios enfoques. La mayora de enfoques se concentra en el diseo deinfraestructura, el cual, se tratar en la siguiente seccin.

En [18] se sugieren ciertas indicaciones en el diseo de un Datacenter, entre las cuales, semenciona el proceso de diseo que incluye el diseo arquitectnico y el diseo de las capacidadesdelDatacenter; tambin los trazos estructurales.


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Adems, se debe tomar en cuenta los sistemas de soporte; una de las principales indicaciones serefieren a la seguridad lgica y fsica del Datacenter; tambin es importante los sistemas demonitoreo para tener un buen control; otra indicacin importante son los sistemas deadministracin remota; y por ltimo, es importante tener en cuenta cierta planificacin paraposibles expansiones futuras.

3.1.2. Infraestructura de redEn [17]se plante un enfoque para el diseo de la infraestructura de Datacenters, se define de lasiguiente manera:

- Enfocando el proyecto deDatacenter: ElDatacenterrefugia y protege los servidores querealizan operaciones importantes en una organizacin. Para disear la infraestructura senecesita de un buen diseo y luego de una buena manutencin. Hay cinco estrategias dediseo que ayudan a unDatacentera ser efectivo:

o Hacerlo robusto incluyendo infraestructura redundante.o Hacerlo modular por simplicidad y consistencia.o Seleccionar componentes de infraestructura que sean intercambiables y movibles.o Estandarizar el etiquetado y procedimientos.o Disear el espacio con detalles intuitivos para la usabilidad del usuario.

- Seleccionando el sitio perfecto: Desde que ocurre la adquisicin de un sitio para unaorganizacin hay que planificar la puesta en marcha de un Datacenter, dicho lugar debeser seguro, poseer caractersticas para escalar y cambiar, adems, es necesario que cubralos factores de riesgos ya sea climticos como sociales, tambin que tenga infraestructuraenergtica suficiente, as como conectividad.

- Cuantificando el espacio del Datacenter: Esta es una tarea compleja, esto porque si sedisea unDatacenterpequeo, rpidamente se alcanzar su capacidad; mientras que si sedisea demasiado grande, es posible que se gasten recursos no necesarios. Hay ciertaformula aunque no necesariamente exacta que dice que por cada trabajador es necesarioun metro cuadrado para elDatacenter.

Lo que hay que tomar en cuenta es que el diseo debe incluir el crecimiento por lo menospara varios aos, se sugieren espacios cuadrados o rectangulares para no ocupar espaciode ms. reas que se deben tomar por aparte al Datacenter son cuartos destinados paradesempaque y armado de equipos, mientras que otros cuartos como los elctricos, cuartoscon equipo de sistemas de bateras, cuartos de conectividad de redes se toman como partedelDatacenter.

- Trazar el Datacenter: Es importante trazar de una manera clara el espacio fsico delDatacenter, tomando en cuenta la posicin cercana de fusibles elctricos, aireacondicionado, y extintores, tambin hay que tomar en cuenta el espacio de pasillos.


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- Seleccionando la instalacin bajo el piso o en el techo: La instalacin de cables de red,aire acondicionado y cables de energa es ms barata y sencilla hacerla en el techo, estoporque debajo del piso hay que montar cierta plataforma de soporte, adems de dejaralrededor de 50 centmetros de alto para el subsuelo. Sin embargo, ambas maneras tienenventajas y desventajas, lo mejor es analizarlas y decidir cual utilizar.

- Creando un sistema robusto de energa: Es imprescindible proteger el sistema elctricopara evitar cadas innecesarias de los sistemas debido a problemas elctricos. Hay queconsiderar circuitos amplios, para que en un futuro soporten la demanda energtica detodos los dispositivos. Es muy recomendable tener proveedores duales de energa, ademsde sistemas de bateras, tomando en cuenta la disposicin de los sistemas elctricos decada pas, debido a cierta varianza. El sistema de bateras o sistema dual, debe serexclusivo para el uso del Datacenter, asimismo se recomienda el Grid de referencia deseal para reducir el ruido elctrico de alta frecuencia. Tomar en cuenta sistemas deetiquetado y la identificacin de luces indicadoras.

- Diseando una infraestructura de red escalable: Existen dos enfoques: tener los cables dered conectados directamente a las ubicaciones de gabinetes de servidores; y la otra estener los cables de red conectadas a una subestacin, siendo esta ms manejable,acortando la longitud de los cables, adems de brindar ms facilidad de crecimiento.

- Mantener frio el Datacenter: Es indispensable un sistema de enfriamiento, ayudando adisolver los hot spotscreados por la extenuacin y calentamiento de servidores, dentro deldiseo se debe tomar en cuenta un buena circulacin de la ventilacin para mantenerhomognea la temperatura en todo el Datacenter, manteniendo un balance para no variarlos niveles de humedad, controlando constantemente que el lugar se mantenga seco y nose produzca condensacin.

- Removiendo esqueletos del closet del servidor: No todo el diseo de un Datacenterrequiere de un espacio nuevo, sino que hay veces en que se desea mejorar el diseoactual. Hay ciertas mejoras que se deben tomar en cuenta, por ejemplo, utilizar monitorescompartidos, utilizar estanteras que se coloquen directamente en el piso, si el problema esel espacio, hay que considerar el diseo de una segundo Datacenter. Si el Datacenterposee seguridad de acceso es recomendable extraer puertas de los gabinetes, para quecirculen mejor la ventilacin y de esta manera ahorrar espacio.

3.1.3. Recomendaciones tcnicasCon base a los anteriores puntos, y a lo expuesto en [18] se presenta una serie derecomendaciones tcnicas para la exitosa implementacin de losDatacenters.

- Planificar- Mantener la simplicidad- Ser flexible- Pensar modularmente- Utilizar racks- Preocuparse por el peso


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- Utilizar piso de aluminio- Etiquetar todo- Mantener cubierto todo- Esperar lo mejor, planear para lo peor

Las recomendaciones tcnicas respecto al cableado de red contempla la creacin deinfraestructura tomando en cuenta los requerimientos de conectividad, el diseo modular y laestructura jerrquica de la red; tambin son importantes los puntos de distribucin,estandarizacin de conectores; evitar a toda costa elspaghettide cables; codificacin y etiquetadopor colores y verificacin de conectividad.

3.2. GridComputingGrid Computing sugiere un paradigma [19], siendo un ambiente con un conjunto de recursoscompartidos (procesadores, memoria y almacenamiento) creados para muchos consumidores queacceden como la vayan necesitando.

Tambin llamados Computacional Grids [20], son agregados a gran escala de recursos decomunicaciones y computacin, habilitando nuevos tipos de aplicaciones y conllevan beneficiosde economas a escala, inicialmente establecidos de manera acadmica en los 1990s, y demanera subsiguiente Cloud Computing comparte la misma visin original de Grid Computing.Son sistemas computacionales a gran escala, distribuidos y virtualizados. La clave de los Gridsesla capacidad de escalar ya sea de expansin o de reduccin.

A lo largo de los ltimos aos la computacin distribuida se ha caracterizado por el despliegue deGrids a gran escala [21]. Generalmente estos ambientes han sido probados en escenarioscientficos y se han esforzado para que haya interoperaciones entre Grids, sin embargo, laheterogeneidad de estos sistemas han incrementado la complejidad de despliegue en este tipo deinfraestructuras.

Principalmente la relacin de Grid Computinges por los avances en tecnologas de virtualizacinque han hecho emerger proveedores de infraestructura y este nuevo enfoque se ha conocido comoCloud Computing.

3.3. UtilityComputingComnmente Utility Computing se confunde con cierta forma de outsourcing, esto se puedeaclarar recordando que el outsourcing se refiere al lugar donde los recursos residen y quien lomaneja, mientras que Utility Computing se refiere a como los recursos son manejados,consumidos y utilizados. Utility Computing es un modelo [14] que puede ser utilizado en unDatacenter corporativo o en un Datacenter externo, ayudando a romper la infraestructuramonoltica en piezas separadas.


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La introduccin de la tecnologa y el modelo de Utility Computingtransforman la manera en quese gestionan los recursos y la manera en que se consumen, tiene como finalidad ayudar a lasempresas a reducir la complejidad de IT y de aumentar la flexibilidad.

El concepto detrs de Utility Computinges simple [22], la idea principal es minimizar los costos

mientras se aumenta la eficacia y eficiencia, siendo ms que procesos y principios acerca de latecnologa.

Utility Computingtransforma la manera en que las organizaciones de IT entregan recursos de ITformando este nueva infraestructura de utilidad que tiene como propsito proveer unainfraestructura de servicios como sean necesario, puede ser implementado de manera interna oexterna.

3.4. CloudNetworkingCloud Networkinges un trmino emergente debido a los requerimientos de los nuevos modelosde virtualizacin y ambientes cloud [23], se requiere un alto nivel de disponibilidad de red,integracin y administracin. Por lo que emerge un concepto de interconexin de componentespara satisfacer requerimientos de Cloud Computing.

Por lo que Cloud Networking es una infraestructura de red requerida para soportar CloudCompunting, que requiere mejoras fundamentales en la escalabilidad, fiabilidad y retardo de lasredes mas all que las redes tradicionales ofrecen, en cada una de estas dimensiones lasnecesidades de red de Cloud Computingson al menos un orden de magnitud ms que las redestradicionales.

La principal plataforma de Cloud Networkinges Arista, tiene soporte para Cloud ComputingenDatacenterscon alta escalabilidad, robustez y costos efectivos de infraestructura de red, utilizauna combinacin de alto rendimiento y tiene una arquitectura robusta para alcanzar losrequerimientos.

4.Arquitectura4.1. Consideraciones de arquitecturaEs el conjunto de capas que se encuentran acopladas entre s para brindar la funcionalidad delsistema, en este caso la arquitectura de Cloud Computinges similar a la arquitectura de red, desdeun nivel fsico hasta un nivel de aplicacin. Esto debido a que Cloud Computing utilizaprotocolos similares a los se usan en Internet como medio de comunicacin, ya sea basado enweb o no basado en web. En [24]se menciona una arquitectura genrica para Cloud Computing,que tienen las siguientes capas mencionadas de abajo hacia arriba:


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- Recursos fsicos: incluyen elementos como servidores, almacenamiento y red.- Virtualizacin: incluye infraestructura virtual como un servicio.- Infraestructura: incluye software de plataforma como servicio.- Plataforma: incluye componentes de aplicacin como servicio.-

Aplicacin: incluye servicios basados en web y software como servicio.

Aplicacin

Plataforma

Infraestructura

Virtualizacin

Recursos fsicos

Figura 1: Arquitectura genrica de Cloud Computing

4.2. Enfoques propuestosEn [24]se extiende la arquitectura genrica, con una primer capa como base en la que interactany sirven a la segunda capa llamada interfaces de medicin inteligentes, que realizan medicionesbasadas en tiempos de consumo de los usuarios, consiste tambin de una subcapa decomunicacin de consumo, luego viene la tercer capa compuesta de interfaces de administraciny por ltimo una capa que es de aplicacin orientada a la organizacin.

Otro enfoque se present en [25], en donde se propone una arquitectura tipo plataforma,compuesta por tres capas y es llamada TPlatform. La primera capa representa los clster decomputadoras que soportan la segunda capa compuesta de la infraestructura en s, esta capa tienetres componentes: el MapReduce que es un marco de programacin distribuida, el BigTable quees el almacenamiento de datos estructurados y el TFS que es el almacenamiento de alta fiabilidady escalabilidad. La tercer capa son las aplicaciones de procesamiento de datos que soporta varioselementos como anlisis de enlaces, indexadores, clasificadores, etc.

Aplicaciones de procesamiento de datos

Infraestructura

Clster de Computadoras

Figura 2: Arquitectura TPlatform


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En [7]se reutiliza la arquitectura genrica extendiendo algunas capas, siempre como base tienelos servidores fsicos, luego los servidores virtuales, luego el sistema operativo, luego elmiddleware, luego las aplicaciones y por ltimo los servicios. Esta definicin de capas sirve paraacoplar de forma traslapada los diferentes servicios dentro de esta arquitectura tradicional.

Servicios

Aplicaciones

Middleware

Sistemas operativos

Servidores virtuales

Servidores fsicos

Figura 3: Arquitectura tradicional utilizada por Sun

En la prxima seccin se tratar el tema de acoplar los diferentes niveles de esta arquitectura conlos servicios de Cloud Computingcomo infraestructura.

5.Infraestructura5.1. Consideraciones de infraestructuraEs importante destacar la administracin de infraestructura [5], siendo la virtualizacin latecnologa fundamental habilitadora para la infraestructura como servicio en los nuevosDatacenters, la capa de administracin acta como el controlador central para hacer eficiente laadministracin de recursos en todo el ambiente. Esta administracin es importante por laautomatizacin del aprovisionamiento, la calendarizacin y otros aspectos importantes que semencionarn en la siguiente seccin.

5.2. Frameworksde infraestructuraEn [5]se propone un modelo de infraestructura basado en la arquitectura del mismo, el cual semuestra en la siguiente Figura:

Figura 4: Framework de servicios de infraestructura por IBM

Hardware fsico Virtualizacin Administracin Cargas de trabajo


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Bsicamente este Framework contiene como base el hardware fsico, en el cual incluyeservidores, almacenamiento y red; luego la virtualizacin que a su vez puede ser servidoresvirtuales, almacenamiento virtual y red virtual; contina con la administracin que contieneelementos como el aprovisionamiento dinmico, la calendarizacin dinmica, portales deautoservicio, monitoreo y contratos SLAs; por ltimo llega a la carga de trabajo habilitando la

innovacin, el desarrollo de software, clases virtuales, procesamiento intensivo de datos de laweb 2.0 y el procesamiento transaccional escalable.

Otro Framework es el llamado CloudSim [26], siendo un Framework para el modelado ysimulacin de infraestructura y servicios de Cloud Computing. Este Framework tienecaractersticas novedosas como: el soporte para el modelado e instanciacin de grandesinfraestructuras de Cloud Computing, plataformas autocontenidas para el modelado deDatacenters, la disponibilidad de un motor de virtualizacin y la flexibilidad para seleccionarentre un espacio compartido y un tiempo compartido, ubicando los ncleos de procesamiento enservicios virtualizados.

Tambin en [27], se propone un modelo de infraestructura en tres capas, a saber, infraestructura,plataforma y aplicacin. Proporciona un ambiente bsico de alta escalabilidad con serviciosvirtualizados de conexiones de red de manera fsica para unidades de computacin yalmacenamiento.

5.3. Servicios de infraestructuraEn [7], tal como se mencion en la seccin 1 de implementacin, se proponen tres tipos deservicios de infraestructura:Private,PubliceHybrid Cloud.

Adems es importante destacar la funcionalidad de Utility Computingen [22], donde se proponeuna infraestructura de capas muy detallada, que va de la mano con la arquitectura en s, empiezacon la capa de hardware y la de software, luego hace una referencia a las capas de proceso, deorganizacin y de servicio.

6.Diseo de red6.1. Cuestiones de diseoIndependiente de la infraestructura bajo Cloud Computing, se debe tomar en cuenta aspectos en[17], para lograr un alto rendimiento. Hay dos enfoques para estructurar un Datacenter, una esconectar cables directos de la red al servidor y otra es conectar los cables de la red a unasubestacin y luego hacia el servidor. Hay ciertos consejos acerca del diseo, primero esconstruir la estructura de cableado completa durante la construccin inicial, otra es utilizar lamenor cantidad de cable posible en cuanto a longitud, y seleccionar la tecnologa adecuada a lanecesidades.


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Otras cuestiones en cuanto a diseo [18] mencionadas anteriormente son: crear unainfraestructura de cableado de red, seleccionar los puntos de distribucin, seleccionar losconectores correctos, evitar desordenar los cables, tratar de utilizar sistemas de etiquetado y porltimo la verificacin.

En la seccin 3.1 se trat el tema de diseo de red a nivel de Datacenters, lo cubre bastante deldiseo en general de red para Cloud Computing, debido a que losDatacentersson una las basesde construccin de Cloud Computing.

Siempre en la seccin 3 se trat el tema de Cloud Networking, un tema muy relacionado con lasredes que son la base fundamental para el funcionamiento de Cloud Computing, en [28]se detallaun modelo de despliegue para servicios de Cloud Networking, el cual, tiene dos componentes:

- Cloud Network- Service Network

6.2. Enfoques y modelosExisten diferentes enfoques y modelos, cada uno presenta ciertas diferencias, tambin tienendiferentes puntos de vista, pero convergen en que ayudan al desarrollo de Cloud Computing,entre algunas de estas estn:

- En cuanto al nivel de almacenamiento se encuentra el Storage Area Network [4], llamadoSAN, utilizado para beneficios de virtualizacin, tiene como finalidad tener acceso a losdatos desde la red comportndose como un nodo de la red.

- Un enfoque que soporta servicios de Cloud Computingbrindando un API es NetInf[12],siendo un nuevo mecanismo de enrutamiento basado en la construccin de localizacinutilizando un enrutamiento de objeto a objeto ms que un enrutamiento de host a host.Este mecanismo puede funcionar en una topologa de red altamente dinmica y escalable,permitiendo el manejo de un nmero grande de objetos.

- A nivel de red se encuentra Cloud Networking[23], mencionado en la seccin 3.4 que esrelevante para habilitar el despliegue y aprovisionamiento de aplicaciones dinmicas. Eldiseo de red propuesto por Arista est construido utilizando una arquitectura de doscapas, llamadas columna y hoja, que mantiene el ancho de banda cruzado de manerauniforme, utilizando un flujo de trabajo sencillo:

o Un usuario inicializa una solicitud webo El motor de transmisin recibe el flujoo El motor trasmite el flujo hacia el componente ESA (que provee los servicios)o ESA aplica el servicio y devuelve el flujo al motor de transmisin.o El motor de transmisin transmite el flujo al servidor web


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- El modelo VBSF [29]significa Virtual Business Service Fabrics, desde el punto de vistade red, este modelo puede extender los limites empresariales, geogrficos y tecnolgicos,facilitando la manejabilidad, incluyendo seguridad, aportando puntos importantes paraCloud Computing. Este modelo pertenece a una generacin emergente de ambientescomputacionales, que consiste en Cloudspblicas y privadas, as como la infraestructura,

proveyendo recursos virtuales bajo demanda.- En [29] se menciona FCAPS, que se encarga de la administracin de fallos,

configuracin, cuentas, rendimiento y seguridad introducida en redes de administracinde telecomunicaciones (TMN). Las capacidades de FCAPS son realizadas a travs de laadministracin de polticas y la colaboracin entre agentes.

6.3. SeguridadUno de los principales desafos de Cloud Computinges la seguridad, debido a que los datos sonlos activos ms valiosos de las organizaciones

Es muy importante seguir algunos pasos de seguridad [7]:

- Cifrar los datos para evitar posibles penetraciones de intrusos en el sistema.- Cifrar los datos en trnsito, asumiendo que los datos pasarn por una red pblica.- Requerir autenticacin fuerte entre aplicaciones.- Poner atencin a la criptografa y estar actualizados en algoritmos de cifrado.- Manejar de una manera segura los accesos de los usuarios.

En [30]se trata el problema de la seguridad, en especial de almacenamiento que es esencial ensistemas distribuidos y en Cloud Computing, y donde se propone un esquema distribuido que esflexible y efectivo, que tiene soporte dinmico de datos incluyendo agregado, actualizado yborrado. Se centra en la verificacin de datos a travs de un integrado sistema de almacenamientogarantizando la identificacin del servidor que este causando problemas de comportamiento.

7.Protocolos de comunicacin y cuestiones de redEn esta seccin se mencionar de manera funcional diferentes protocolos que son utilizados entecnologa de Cloud Computingy similares.

7.1. Protocolos utilizados en Cloud Computing- REST:Representation State Transfer[13], es un protocolo que define las operaciones en

recursos y en formatos de datos. Basado en principios o reglas de arquitectura de red, losestados y la funcionalidad de la aplicacin se representa mediante recursos, utiliza HTTPpara transferencia de informacin.


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- SOAP: Simple Object Access Protocol [14], es un protocolo basado en XML paraaplicaciones que envan o reciben mensajes en internet, siendo una recomendacin de laW3C. SOAP fue diseado para ser simple, extensible e independiente de cualquierplataforma o modelo de programacin. Utiliza HTTP como protocolo de transferencia,aunque puede ser utilizado tambin en RPC.

- WSDL: Web Services Description Language[14], es una especificacin basada en XMLque provee un mtodo para describir caractersticas de servicios web, entre las cuales semenciona el nombre, direccin, protocolo, funciones, parmetros y tipos de datosutilizados.

- UDDI: Universal Description, Discovery, and Integration [14], es una especificacin deregistro de negocio que forma una fundacin tcnica para el soporte de la descripcin ydescubrimiento de servicios web que otros proveedores brindan.

- SNMP: Simple Network Monitoring Protocol[18], protocolo importante para monitorearel sistema. Se monitorea el estado del sistema, carga de trabajo, en general la salud delsistema. Varios sistemas pueden acoplarse con un monitor para obtener informacin y darsoporte al sistema.

- CIFS: Common Internet File System[31], basado en el protocolo Server Message Block(SMB) originalmente inventado por IBM, define las operaciones de transferencias, seconsidera muy estable. Otro protocolo basado en SMB es SAMBA.

- Otros protocolos utilizados en Cloud Computingson los ya conocidos HTTP, FTP, RPC,TCP, IP, DNS, entre otros.

7.2. Comparacin entre protocolosEn [32]se mencionan ciertas caractersticas que diferencian a protocolos similares, por ejemplo,SOAP y REST, haciendo una comparacin. Por ejemplo menciona que Amazon poseen ambosprotocolos en sus implementaciones de servicios web, sin embargo, hay un 85% de sus clientesque utilizan REST a comparacin de SOAP, siendo REST un enfoque ms sencillo y por ello quelos desarrolladores lo prefieren.

Bsicamente la diferencia radica en que REST se representa mediante estados, definiendooperaciones bsicas, mientras que SOAP se basa en mensajes. Aunque se utilice un protocoloms que otro no interviene en que la comunicacin usuario-computadora ya est resuelta, pero lacomunicacin computadora-computadora an sigue siendo un desafo.

Con respecto a los dems protocolos, ms que compararlos hay que hacer una resea decomplementacin, debido a que cada protocolo ayuda a implementar servicios de CloudComputing. Por ejemplo, para SOAP es complementario utilizar los protocolos de WSDL yUDDI. Adems, estos protocolos utilizan definitivamente HTTP entre otros.


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8.Virtualizacin8.1. Virtualizacin de redesLa virtualizacin separa dispositivos y canales brindando seguridad, pero se requiere que seresuelvan cuestiones acerca de los recursos fsicos que se pueden compartir, acerca de la capa dered que se manejar, la manera de ofrecer aislamiento, rendimiento, escalabilidad y la flexibilidad[14]. Tambin se debe analizar la carga de trabajo para hacer redes eficientes y estudiar losmecanismos de resolucin de nombres y ruteo.

La virtualizacin de redes se realiza por medio de switches de virtualizacin [14], se divide elancho de banda disponible en canales seguros, esto permite crear zonas seguras internas yconsolidar la seguridad externa.

Tal como se describe en [33], los sistemas virtuales y la tecnologa de virtualizacin estn en

estos das en su auge para Datacenters y modelos de infraestructura de IT, el anlisis derendimiento en estos sistemas es algo muy importante, un anlisis de la carga de trabajocuantificando la sobrecarga en una maquina virtual es muy til, pero es importante capturar elcomportamiento a travs de diferentes plataformas a travs de un modelo comn de carga detrabajo para tener resultados tiles.

En [34] se menciona que la virtualizacin de redes puede atenuar las fuerzas de internet yestimular la innovacin al permitir diversas arquitecturas de red convivir en un sustrato fsicocompartido.

La utilizacin de mquinas virtuales trae consigo varios beneficios[21]:

- Consolidacin de servidores- Habilidad de creacin de mquinas virtuales sin interferir con otras aplicaciones- Mejora la seguridad- Proporciona aislamiento

8.2. Modelos y enfoquesEntre algunos modelos se destacan:

- En [21]se propone el modelo Virtualized Distributed Computingque ayuda a proveer unescenario de ejecucin para aplicaciones en el tope de infraestructuras interconectadas.Este sistema distribuido utiliza mquinas virtuales como bloques para la construccin deescenarios de ejecucin que extiende mltiples sitios para computacin. Adems, elambiente de ejecucin es una red de mquinas virtuales creadas para satisfacer losrequerimientos de cierta aplicacin, de esta forma se ejecuta aisladamente de otrosambientes de ejecucin.


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- Desde el punto de vista de virtualizacin se puede mencionar VBSF [35], VirtualBusiness Service Fabric como un modelo para virtualizaciones heterogneas yabstraccin de servicios, de polticas, de capacidades, de recursos y de infraestructura.Este modelo es aplicable a servicios y ambientes de infraestructura que trascienden entrePrivate yPublic Clouds, servicios, aplicaciones e infraestructuras.

- Existe otro modelo basado en contratos, Virtual Machine Contracts (VMC) [36], quepropone una plataforma independiente que automatiza las comunicaciones y laadministracin de ciertos requerimientos. Consiste en una extensin del Open VirtualMachine Format (OVF), el cual, es un hypervisorestndar para describir, empaquetar ydistribuir aplicaciones virtuales.

- En [37] se propone otro modelo llamado Diverter, el cual, es un modelo basado en redpara infraestructuras virtualizadas. Este modelo busca alta flexibilidad, larga escalabilidadcon ambientes mltiples de arrendamiento, eficiencia, sistemas de ruteo virtualizadosdistribuidos, estos sistemas permiten que la comunicacin end-to-endsea a travs de unsalto.

- Otro modelo se llama SnowFlock [38], es un modelo de clonacin de maquinas virtualespara Cloud Computing. Est basado en una implementacin de Xen, es un proyecto open-sourceque provee cierta reduccin drstica acerca del tiempo que toma la clonacin y labsqueda eficiente de la memoria, reduciendo el trfico de red por la eliminacin de latransferencia de pginas que sern sobrescritas. Obteniendo preferiblemente rendimientoa fiabilidad y quedando reducida la barrea de entrada de Cloud Computing.

9.Tendencias y ejemplos de Cloud Computing

9.1. Descripcin de tendencias y ejemplosAlgunas tendencias que de facto se han utilizado se mencionan a continuacin, sin embargo, cadatendencia sigue una lnea separada de desarrollo, y la seleccin de las mismas se dardependiendo de las necesidades especficas de cada organizacin:

- Cloud Computing Center [39] en Wuxi, China. Wuxi es una ciudad a 100 millas deShangai, China, tienen un desafo de inversin en tecnologa para aceptar negocios declientes empresariales, por lo que la municipalidad de Wuxi ha trabajado con IBM paraconstruir un Cloud Computing Center, basado en un nuevo modelo de Datacenterempresarial.

- Crossbow [40], es una tecnologa de Solaris que utiliza NICs virtuales, switchesvirtualesy maquinas de red virtuales, y es utilizada como una fundacin para construir redesvirtuales aisladas para arquitecturas de Cloud Computing.


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- Eucalyptus [41], es una marco de software open source para Cloud Computing queimplementa IaaS, siendo sistemas que proporcionan la capacidad de ejecucin y control atravs de maquinas virtuales desplegadas a travs de recursos fsicos.

- Google App Engine [42], es una plataforma de ejecucin basada en Python que proveehosting de aplicaciones web, almacenamiento de datos y redes de alta velocidadejecutando a nivel de aplicacin la infraestructura de Google.

- El ncleo de Hadoop [43]provee un marco open sourcepara Cloud Computingas comoun sistema de archivos distribuido.

- Nimbus [44], es otra tendencia que permite por un lado a los proveedores construir unambiente para Cloud Computing, por otro lado permite a los usuarios utilizar dichoambiente y tambin permite a los desarrolladores experimentar con Nimbus.

- El S3 de Amazon [45], o Simple Storage Service, es una servicios de almacenamientosimple que permite almacenar y recuperar datos a travs de un servicio de host. Losdesarrolladores pueden tener servidores virtuales para el desarrollo de sus aplicaciones.

- Variando un poco los conceptos de servicios empresariales de marcos para CloudComputing aparece Seattle [46], como una plataforma para Cloud Computingeducacional, es manejada por una comunidad universitaria, es muy flexible y soporta unavariedad de usos pedaggicos, tambin es portable y la finalidad es crear una reddistribuida alrededor del mundo basada en comunidades educativas.

- TCCP [47], o Trusted Cloud Computing Platform, es una plataforma confiable de CloudComputing, nace por la falta de confidencialidad e integridad de los datos en redes tipoCloud, por lo que fue diseado para habilitar a los proveedores de infraestructura comoservicio IaaS para proveer una ambiente de ejecucin cerrado de maquinas virtualesinvitadas, permitiendo a los usuarios confiar en los proveedores y determinar quservicios son o no seguros antes de utilizarlos.

- Una plataforma muy utilizada es VM vSphere [48], habilita robustez en la infraestructurade IT basada en Cloud Computing, siendo un plataforma de virtualizacin que utiliza yasea Private Cloud o Public Cloud, asimismo la federacin y normas para interconectarinfraestructuras Cloud, creando una estructura hibrida de Cloudque pueda responder a lasnecesidades empresariales que comnmente evolucionan. Reducen los costos operativos,aumentan el control sobre las infraestructuras de IT manteniendo al mismo tiempo laflexibilidad para elegir cualquier sistema operativo, aplicaciones y hardware.

9.2. Comparacin entre tendencias y ejemplosEn general, las comparaciones son realizadas mediante el nivel de infraestructura que se utiliza,basado si son servicios de infraestructura, de plataforma o de software.


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Como se mencion en la seccin anterior, la seleccin de una plataforma o marco de desarrollodepender de las necesidades de cada organizacin, tal es el caso para organizaciones orientadasa la educacin, pueden estudiar la utilizacin de Seattle.

Y no se puede decir de forma objetiva cul es el mejor, sino lo que se buscar es cul es el ms

apropiado para cierta empresa. Los tres enfoques con mayor nmero de usuarios y con msdesarrollo es S3 de Amazon, Google App Engine y Hadoop.

10. ConclusionesCon base a la anterior investigacin se lleg a la siguiente conclusin: Cloud Computing es unatecnologa que ha venido evolucionando y que provee infraestructura, plataforma y software

como servicio, generalmente proporcionado por un tercero y bajo demanda, asimismo es laconvergencia de muchas tecnologas orientadas a la interconexin a travs de medios de

comunicacin, debido a esto se presenta en este reporte tcnico a Cloud Computingcomo unared de servicios.

Adems, en este reporte tcnico se elabor un estado del arte de los conceptos y tecnologasasociados a Cloud Computing, para describir de una manera comprensiva este concepto que hatomado auge en los ltimos aos, asimismo se enfoc la perspectiva de anlisis hacia ver a CloudComputingcomo una red de servicios. Tambin es importante mencionar que hay tres niveles deservicio: de infraestructura, de plataforma y de software, a saber: IaaS, PaaS, SaaS, quecorresponden de manera traslapada a las distintas capas de la arquitectura de Cloud Computing,creando un enlace entre los diferentes niveles de servicio. Dentro de la infraestructura existen trestipos de redes, las que corresponden a Private Cloud, a Public Cloud e Hybrid Cloud. La base

ideal para la implementacin de Cloud Computing son los Datacenterpor todos los beneficiosque estos conllevan. Dependiendo de la orientacin de cualquier organizacin, as ser el estudioque debe hacer para seleccionar alguna plataforma existente que soporte Cloud Computing.

11. RecomendacionesEntre las recomendaciones figuran las que se refieren a seguridad de redes, mostradas en laseccin 6.3, adems de utilizar cualquier componente como servicios sea requerido.Adems, es necesario que los desarrolladores puedan realizar pruebas en la plataforma antes de

ponerlas en produccin, tal como lo provee Nimbus.Tambin es necesario realizar un estudio previo para luego seleccionar al proveedor idneo quenos permita alcanzar nuestros requerimientos en pro del rendimiento, escalabilidad, seguridad ydisponibilidad de nuestros servicios.


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Cloud Computing Luis Espino

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