Service-Oriented Architecture · „A web service is any service that is available over the Internet, uses a standardized XML messaging system, and is not tied to any one opera-ting

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SOA Service-Oriented Architecture


Gliederung

• Dienstorientierte Unternehmen • Geschäftsprozesse • SOA-Basiskonzepte mit Web Services


Dienstorientierte Unternehmen • SOA als Ansatz strebt die Verbindung von fachlicher mit IT-Ebene an

• Ziele: IT soll… — …betriebswirtschaftlichen Vorgaben besser / adäquat umsetzen — …flexibel auf Veränderungen reagieren können — …eine Prozessorientierung des Unternehmens auch auf IT-Ebene etablieren

• Eine Definition von SOA: „Unter einer SOA versteht man eine Systemarchitektur, die viel-fältige, verschiedene und evtl. inkompatible Methoden oder Applikationen als wiederver-wendbare und offen zugreifbare Dienste repräsentiert und dadurch eine plattform- und sprachenunabhängige Nutzung und Wiederverwendung ermöglicht.“ [Melzer 2007, S.11] *)

Standards

Sicherheit

Einfachheit

Verteiltheit

Lose K

ooplung

Dienstsuche

Prozesse SOA

„SOA-Tempel“ *) [I. Melzer: Serv-or. Archi- tekturen, 4. Aufl. Springer, 2010]


Von der Funktional- zur Prozessorganisation

• Traditionell war das unternehmerische Handeln von Taylorismus geprägt — Zerlegung und Zuweisung von Aufgaben — Vorrang der Aufbauorganisation vor Ablauforganisation

• Probleme der Funktionalorganisation (Beispiele):

— Abteilungsdenken statt Prozessverantwortung — begrenzte Reaktionsfähigkeit aufgrund langer Entscheidungswege — hoher Planungs-, Steuerungs-, Koordinations- und Kontrollaufwand in hierarchischen

Aufbauorganisationen — mangelnde Transparenz (z.B. hinsichtlich Bearbeitungsstand von Prozessen) — Medienbrüche (und dadurch bedingter Mehraufwand und Fehleranfälligkeit) — hohe Bestände in produzierenden Unternehmen (schwerfällige Reaktion auf

Veränderung)

(nach [Roos 2005])

Abteilung A Abteilung B Schnitt- stellen

Papier

Fax DB …


IT-Struktur der Funktionalorganisation

• Vertikal organisierte IT-Landschaft — historisch gewachsen aus Systemen für kleinere spezifische Aufgaben — für lokale Aktivitäten und stabile, sequentiell auszuführende Prozesse vorteilhaft — Streben nach lokalen Optima unter Vernachlässigung globaler Zielkriterien — Probleme bei Änderungen der Gesamtprozesse

Applikation 1

GUI

Prozesse

Funktionen

Daten

Applikation 2 Applikation 3

[Melzer et al. 2007]


IT-Struktur der Prozessorganisation

• starke Betonung der (unternehmensweiten) Prozesse • keine vollständige Ablösung der Legacy-Systeme • ein virtuelles GUI pro Rolle • Ansatz verlangt Zugeständnisse bisheriger Systemeigner • Problem: Ohne GUI verliert eigenes System scheinbar an Wichtigkeit ->

Aufgabe für „IT-Governance“

System 1

GUI

Prozesse

Funktionen (Dienste) Daten

System 2 System 3 [Melzer et al. 2007]


Flexibilität vs. Standardisierung

• flexible Prozesse durch Festlegung auf bestimmte, genau spezifizierte Dienste

• Granularität der Dienste: — Wie findet man die “richtigen” Dienste? — zu fein Abbildung auf fachliche Prozessschritte schwierig Verwaltung aufwändiger Suche nach dem „richtigen“ Dienst erschwert Programmieraufwand steigt „technische“ statt „fachliche“ Dienste — zu grob mangelnde Wiederverwendbarkeit, Änderbarkeit

• Optimierung der Teilaufgaben wegen lokaler Sichtweise problematisch


• Definition IT-Governance: “Unter IT-Governance werden Grundsätze, Verfahren und Maßnahmen zusammengefasst, die sicherstellen, dass mit Hilfe der ein-gesetzten IT die Geschäftsziele abgedeckt, Ressourcen verantwortungsvoll eingesetzt und Risiken angemessen überwacht werden.” (zitiert nach Melzer 2007, S. 36)

• Aufgaben der IT-Governance: — IT-Strategie und Unternehmensstrategie ausrichten — IT-Strategie und strategische Ziele im Unternehmen ausrollen — Organisationsstrukturen in Einklang mit IT-Strategie bringen — IT-Prozess und Kontrollsystem realisieren — Kommunikation zwischen fachlicher und IT-Ebene ermöglichen — IT-Performance messen — …

Flexibilität vs. Standardisierung Herausforderungen an eine SOA-Organisation


Gliederung

• Dienstorientierte Unternehmen • Geschäftsprozesse • OASIS SOA-Referenzmodell • SOA-Basiskonzepte mit Web Services


Begriffsdefinitionen (1)

• Prozess: „Unter einem Prozess wird eine Reihe von Aktivitäten verstan-den, die aus einem definierten Input ein definiertes Ergebnis (Output) erzeugt.“ (nach [Schmelzer und Sesselmann 2008], S. 63) — Input sind z.B. Einsatzfaktoren wie Werkstoffe und Informationen — Output sind z.B. Produkte und Dienstleistungen

• Geschäftsprozess: „A business process consists of a set of activities that

are performed in coordination in an organizational and technical environ-ment. These activities jointly realize a business goal. Each business pro-cess is enacted by a single organization, but it may interact with business processes performed by other organizations.“ [Weske 2007, S.5] — Koordinierte Ausführung von Aktivitäten zur Umsetzung eines Geschäftsziels — Zu einer Organisation gehörend, aber zur Interaktion befähigt

[Schmelzer und Sesselmann 2008: „Geschäftsprozessmanagement in der Praxis. Kunden zufrieden stellen, Produktivität steigern, Wert erhöhen“, 6. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage, Carl Hanser Verlag München]


Begriffsdefinitionen (2)

• Workflow: „Workflow is the automation of a business process , in whole or in part , during which documents, information, or tasks are passed from on participant to another for action, according to a set of procedural rules.“ (Weske 2007, S. 50) — softwaretechnische Interpretation — System workflow vs. Human interaction workflow

• Workflow management system: „A workflow management system is a

software system that defines, creates and manages the execution of workflows through the use of software, running on one or more workflow engines, which is able to interpret the process definition, interact with workflow participants , and, where required, invoke the use of IT tools and applications.“ [Weske 2007, S. 50] — Runtime Infrastruktur zur Ausführung von Prozessinstanzen

[Weske 2007: Business Process Management. Concepts, Languages, Architectures“. Springer Verlag, Berlin]

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Perspektiven auf einen Geschäftsprozess • funktionale Sicht:

— Beschreibung von Aktivitäten und deren Abbildung auf Software

— typischerweise beschrieben in graphenbasierten Notation

• Verhaltenssicht: — dient der Beschreibung von Abläufen — führt Aktivitäten in einen Ablaufdiagramm

zusammen • Informationssicht:

— Datenfluss — Repräsentation von Daten, Datentypen und

Datenabhängigkeiten • Organisationssicht:

— ad-hoc-Lösungen, die auf die Aufgabenzu-weisung fokussieren

— Zuweisung von Aufgaben: z.B. direkte, rollebasierte, expertisenbasierte Allokation

• Kontextsicht: — Metainformationen über den Prozess — Prozessziele („was soll der Prozess

erreichen?“) — Wer ist der Prozessverantwortliche?

Funktionale Sicht

Verhaltens- sicht

Informations- sicht

Kontextsicht

Organi- sations- sicht

(in Anlehnung an [B. Korherr, TU Wien, 2006])

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Beschreibungssprachen

• Geschäftsnahe Modellierungssprachen: — EPKs (Ereignisgesteuerte ProzessKetten, Scheer 2000) — YAWL (Yet Another Workflow Language, van der Aalst und

ter Hofstede 2005) — UML2-Aktivitätsdiagrammen (OMG 2005) — BPMN (Business Process Modeling Notation, OMG 2006)

• Technologisch orientierte Ausführungssprachen:

— BPEL (Business Process Execution Language, OASIS 2007) — Petri-Netze (Petri 1962) — regelbasierte Ansätze wie ECAs (Event-Condition-Action Rules, Knolmayer et

al. 2000)


Beispielprozess in BPMN 2

(http://www.conceptdraw.com, 2013)


Gliederung

• Dienstorientierte Unternehmen • Geschäftsprozesse • SOA-Basiskonzepte mit Web Services


Neuer, anwendungsnaher Ansatz zur Systemintegration heute: „Web Services“

• „A web service is any service that is available over the Internet, uses a standardized XML messaging system, and is not tied to any one opera-ting system or programming language.”

[Ethan Cerami, Web Services Essentials, O'Reilly, 2002 ]

• “A Web service is a software system identified by a URI, whose public interfaces and bindings are defined and described using XML. Its defi-nition can be discovered by other software systems. These systems may then interact with the Web service in a manner prescribed by its definition, using XML based messages conveyed by Internet proto-cols.”

[W3C, Web Services Glossary]

• Web Services are... „...self-contained, modular business applications that have open, Internet-oriented, standards-based interfaces.”

[UDDI consortium: UDDI_Executive_white_paper, 2001]

nach dem Motto “alles neu, macht der Mai…”: “Web Services”:

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Web Services

• Ziele — Interoperabilität (sprachunabhängig, herstellerunabhängig) — schnelle Einsetzbarkeit (adoption) durch Leichtgewichtigkeit (vgl. CORBA) — dynamisches Binden ermöglichen ( SOA) — für offene und geschlossene Umgebungen

• Anforderungen

— Standards und breite Unterstützung notwendig — Vorraussetzen von lediglich minimaler Infrastruktur — nur geringe Kopplung zwischen Anwendungen — Fokus auf Nachrichten und Dokumenten (vgl. API)


Web Services: Charakteristika

Ein Web Service ist also ein Dienst, der…

• über das Internet oder Intranets verfügbar ist, • ein standardisiertes (XML-) Nachrichtensystem verwendet, • programmiersprachen- und betriebssystemunabhängig ist, • unter Verwendung einer XML-Grammatik selbstbeschreibend ist • und über einen einfachen Mechanismus auffindbar ist.

Register Dienstnehmer Dienstanbieter

Dienst auffinden

Dienstbeschreibung abrufen

Dienst aufrufen

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Beispiel: „Travel Agent Service“

hire car booking hotel booking a

Travel Agent

flight booking a

hire car booking a Service

Client

flight booking b

hotel booking b b

…kombiniert aus anderen (bereits existierenden) Diensten

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Basistechnologien für Webservices

• Webservice-Technologien als Inkarnation des SOA-Dreiecks

Dienst- verzeichnis

Dienst -anbieter

Dienst -nutzer

WSDL

SOAP

UDDI Dienst- verzeichnis

Dienst -anbieter

Dienst -nutzer

Dienst- verzeichnis

Dienst -anbieter


Web Services: Charakteristika

Wie gesagt, das hinter den Web Services stehende Konzept ist nicht neu - CORBA, DCE, DCOM etc. können das doch auch - aber:

• bisherige Ansätze sind meist sehr komplexe Standards und benötigen

eine neue / eigene Infrastruktur — sie sind gut für die Server-zu-Server Kommunikation — sie bieten untereinander keine Interoperabilität

• Web Services verwenden die standardisierten Internetprotokolle, d.h.

— Firewalls und Proxies können somit leicht durchdrungen werden — es ist keine neue Infrastruktur ist notwendig – Erprobtes wird verwendet — sie sind gut für Client-to-Server Kommunikation — sie sind untereinander voll interoperabel

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Web Service-Protokollebenen

Discovery UDDI

Description WSDL

XML Messaging SOAP, XML-RPC

Transport HTTP, SMTP, FTP

Transport: Verantwortlich für den Nachrichtentransport zwischen den Anwendungen

XML Messaging: Verantwortlich für Transport und Kodierung der Nachrichten (in XML)

Description: Verantwortlich für Beschreibung der öffentlichen Schnittstelle des Dienstes (funktional, prozedural, quality-of-service) Discovery: Verantwortlich für das Zusammenfassen der Dienste in einer allgemeinen

„Registrierung“ und deren leichtes Einstellen und Auffinden.

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WS Messaging: SOAP

• SOAP: Simple Object Access Protocol

• plattformunabhängiges, zustandsloses und XML-basiertes Protokoll zum Austausch von Einwegnachrichten

• komplexere Kommunikationsformen können auf Basis dieser Einweg-nachrichten erzeugt werden (request/response etc.)

• SOAP-Nachrichten bestehen aus einem „Umschlag“, einem optionalen „Kopfteil“ und einem „Nachrichten- körper“ mit optionaler Fehlerbehandlung

SOAP Envelope (required)

SOAP Header (optional)

SOAP Body (required)

SOAP Fault (optional)

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Transport: SOAP

• SOAP = XML-basiertes Transportprotokoll — SOAP steht für SOAP (früher Simple Object Access Protocol) — von Microsoft 1998 ursprünglich für XML-RPC (W3C)

• SOAP-Spezifikation

— Nachrichtenformat (Envelope, Header, Body) — Verarbeitungsmodell — Bindung an darunter liegende Transportprotokolle (z.B. HTTP) — Konvention für RPC-Aufrufsemantik — Methoden um Binärdaten effizient zu verpacken

• SOAP-Nachrichten sind Einweg-Übertragungen — vom Sender über Vermittler zum Empfänger — können zu Nachrichtenmustern kombiniert werden (request/response)

• Nachrichten werden entlang eines Pfades ge-‘routed‘

— Verarbeitung in den Zwischenknoten möglich — Jeder Knoten ist ein SOAP-Prozessor, der über URI identifizierbar ist


WS Description: WSDL

• WSDL: Web Services Description Language

• XML-Grammatik zur Beschreibung von Web Services unab-

hängig von der verwendeten Plattform und Programmier-sprache

• enthält Angaben zu: — allen öffentlichen Funktionen des Dienstes (die Schnittstelle) — den verwendeten Datentypen für Anfragen und Antworten — dem zu verwendenden Transportmechanismus — der physikalischen Adresse des Dienstes

• WSDL-Dienstbeschreibungen können automatisch generiert werden

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WSDL in a nutshell…

<definitions> Wurzelelement in WSDL

<types> Welche Datentypen werden übertragen ?

<messages> Welche Nachrichten gibt es ?

Welche Operationen/Funktionen werden unterstützt ?

Welches Transportprotokoll und Datenformat wird verwendet ?

<service> Wo finde ich den Web Service ?

<interface>

<binding>

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Beschreibung: WSDL

• WSDL = Web Services Description Language (W3C)

• dient zur funktionalen Beschreibung eines (Software-) Dienstes

— IDL zur Beschreibung (standardisierter) Dienstschnittstellen

— ermöglicht Service Advertisements — ermöglicht Tool-Support (z.B. Generierung

von Client- und Server-Stubs)

• WSDL-Beschreibung enthält — plattformunabhängige Beschreibung des

Dienstes (abstrakte Schnittstelle) — Details zu Protokollen und Deployment

(konkrete Bindings)

Service

Endpoint (e.g. http://host/svc)

Binding (e.g. SOAP)

Abstract Interface

Interface

Operation(s)

inMessage outMessage

Endpoint

Binding

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WS Discovery: UDDI

• UDDI: Universal Description, Discovery, and Integration

• definiert, wie Informationen über Web Services und deren Anbieter publiziert und gefunden werden können

• Besteht aus drei Elementen: — einem logisch zentralen, physikalisch aber verteiltem Registry-Service,

— einem Satz von XML-Schemata zur Beschreibung der Anbieter und ihrer Web Services und

— einer SOAP-Schnittstelle für den Zugriff auf die Registry

• enthält Informationen aus drei Kategorien:

White Pages Allgemeine Anbieterdaten

Yellow Pages Kategorien zur Einordnung

Green Pages Technische Informationen der angebotenen Dienste

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UDDI

• UDDI = Universal Description, Discovery and Integration • UDDI 1.0 wurde von Microsoft, IBM und Ariba im Sept. 2000 vorgestellt • Im Mai 2001 wurden die ersten UDDI-Dienste von Microsoft und IBM in Betrieb

genommen • UDDI 2.0 und 3.0 wurden durch die OASIS (Organization for the Advancement of

Structured Information Standards) publiziert

• Vision: Unternehmen mit Dienstleistungen über Registrierungen auffinden können • Prinzip (stark vereinfacht): Datenbank mit Informationen über Dienste inkl. WSDL-

Beschreibung; Aufgabenm (z.B.): — finde Dienste auf Basis einer abstrakten Interfacedefinition — finde Dienste anhand von Klassifikationsinformationen — finde Dienste anhand einer Stichwortsuche — bestimme die Sicherheits- und Transportmechanismen für einen bestimmten Web Service — Cache für technische Informationen, die zur Laufzeit aktualisiert werden können


UDDI Registrierung

• Die UDDI Registry ist logisch zentralisiert, physikalisch aber verteilt realisiert.

• Eine Replikation der Daten unter den einzelnen Knoten erfolgt alle 24 Stunden. — Alle Knoten enthalten jeweils alle registrierten Daten.

• Registrierungen können entweder über eine WWW-Schnittstelle oder über die API vorgenommen werden. — Die SOAP-Schnittstelle wird von allen Knoten unterstützt.

UDDI Root

UDDI „Wolke“

Anfragen

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UDDI und SOAP

Die UDDI Registry ist über eine SOAP-Schnittstelle ansprechbar:

Benutzer

UDDI SOAP Request

UDDI SOAP Response

UDDI Registry Knoten

HTTP Server

UDDI Registry Service

SOAP Prozessor

B2B Directory Erzeugen, Anzeigen, Aktualisieren und Löschen von registrierten Daten implementierungsneutrale

Umsetzung

UDDI-Wolke

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UDDI

• UDDI definiert Datenmodell und API — Datenstrukturen (UDDI-XML-Schema) für die Registrierung von

• Unternehmen (businesses) • Spezifikationen von Dienstarten • Dienste und Endpoints

— Zugriffsstrukturen (UDDI-API) über SOAP • Suche, Veröffentlichung, Verwaltung

• UDDI Verzeichnisse

— White Pages: Inhalte abgelegt nach Namen — Yellow Pages: Inhalte abgelegt nach Kategorien (z.B. Dienstarten) — Green Pages: Technische Informationen über Dienste

• Zum Zugriff für Menschen und Maschinen ausgelegt


Web Services: Anfängliche Entwicklung bis 2004

• Weite Unterstützung in der Industrie (HP, IBM, Microsoft, Bea, Ariba…)

• 2004 bereits über 20 verschiedene „WS-xx-Specifications“ verabschiedet (!)

• Aber: das „Rad“ mehrfach „neu erfunden“ ! • Offene Fragen (u.a.):

— Interoperabilität (??) — Sicherheit (inzwischen teilweise adressiert) — Vertrauen in Registry-Betreiber (!) — Bezug zu neueren Anwendungen wie z.B. „Mobilität“ — Akzeptanz (?) — etc.

.. und schon im August 2006 ->

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Web Services: “The Big Picture”

Transport (HTTP, SMTP, JMS, …)

Repräsentation (XML, XMLSchema, …)

Protokoll (SOAP, REST, …)

Sicherheit (WS-Security, WS-Policy, …)

Prozesse (WS-BPEL, WSCI, …)

Weitergehende Paradigmen (EDA/CEP, …)

Besc

hrei

bung

(W

SDL,

…)

Dis

cove

ry

(UD

DI,

WS

-Insp

ectio

n…)

Impl

emen

tatio

n &

Met

hode

n (A

xis,

JAX

-WS,

SO

MA,

…)


Zusammenfassung

• Überblick über dienstorientierte Architekturen • Verbindung zwischen Geschäfts- und IT-Ebene • Verlangt auf Unternehmensebene eine horizontale Ausrichtung an

Geschäftsprozessen (IT-Governance) • Verlangt auf IT-Ebene die grobgranulare Beschreibung von Funktionalität

in Form von Diensten • OASIS SOA-Referenzmodell • Umsetzung einer SOA mittels Web Services (SOAP, WSDL,UDDI)


Schöne Weihnachtsferien !

Service-Oriented Architecture · „A web service is any service that is available over the Internet, uses a standardized XML messaging system, and is not tied to any one opera-ting

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