冗長性とは
冗長性（Redundancy）とは、情報システムやデータにおいて、単一の障害点（Single Point of Failure）を排除し、システム全体の信頼性、可用性、耐障害性を高める目的で、同じ機能を持つコンポーネントやデータを複数用意し、重複して持たせる特性や設計を指します。
これにより、一部に障害が発生しても、予備の要素が機能を引き継ぎ、サービスの中断やデータの損失を防ぐことが可能になります。
冗長性の基本的な概念
冗長性は、現代のITシステムにおいて不可欠な概念であり、システムの「止まらない」性質や「データが失われない」性質を追求する上で中心的な役割を果たします。
主な概念は以下の通りです。
- 単一障害点（Single Point of Failure: SPOF）: システム内で、そのコンポーネントに障害が発生すると、システム全体が停止してしまうような箇所です。冗長性は、この単一障害点を排除することを目指します。
- 信頼性（Reliability）: システムが所定の期間、所定の条件下で、故障することなく要求された機能を実行し続ける能力です。冗長性により、個々の要素の故障に強く、システム全体の信頼性が向上します。
- 可用性（Availability）: システムが稼働可能である時間の割合を示す指標です。冗長なコンポーネントが障害時に機能を引き継ぐことで、ダウンタイムを最小限に抑え、可用性を高めます。
- 耐障害性（Fault Tolerance）: システムの一部に障害が発生しても、システム全体がその機能を維持し続ける能力です。冗長性は、この耐障害性を実現するための重要な手段です。
- データ損失許容度（Data Loss Tolerance）: 災害や障害発生時に、どの程度のデータ損失を許容できるかという度合いです。ストレージの冗長性（例: RAID、レプリケーション）は、データ損失許容度を低減する（つまり、データ損失をより許容しない）ために用いられます。
- 継続稼働（Continuous Operation）: システムが中断することなくサービスを提供し続ける状態です。冗長性は、システムの継続稼働を支える基盤となります。
冗長性の主な種類と実現方法
冗長性は、様々なレベルのITコンポーネントで実現されます。
1. ハードウェアの冗長性
システムを構成する物理的な機器（サーバー、ストレージ、ネットワーク機器、電源など）を二重化または多重化することです。
- サーバー:
- アクティブ・スタンバイ構成: 1台が稼働し、もう1台が待機して、障害時に自動的に切り替わる（フェイルオーバー）。
- アクティブ・アクティブ構成: 複数台が同時に稼働し、負荷を分散しながら、1台に障害があっても残りでサービスを継続。
- ストレージ:
- RAID（Redundant Array of Independent Disks）: 複数のディスクを組み合わせてデータを分散・複製し、1台のディスク故障からデータを保護。
- データレプリケーション: データを異なるストレージやデータセンターに複製し、災害時やストレージ故障時に備える。
- ネットワーク機器:
- ルーター、スイッチ、ファイアウォールなどの機器を二重化し、ネットワーク経路の途絶を防ぐ。
- VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) などを使用して、論理的なIPアドレスを共有し、物理機器の切り替えを透過的に行う。
- 電源:
- UPS (無停電電源装置) の二重化や、電力供給ルートの多重化。
- データセンターにおける商用電源と自家発電機の組み合わせ。
2. ソフトウェア・アプリケーションの冗長性
アプリケーションやデータベースなどのソフトウェアレベルで、機能の重複やデータの複製を行うことです。
- データベースレプリケーション: マスターデータベースのデータをスレーブデータベースに複製し、障害発生時にスレーブをマスターに昇格させることでデータの継続性を保つ。
- 同期レプリケーション、セミ同期レプリケーション、非同期レプリケーションなど、データの一貫性と性能のバランスに応じた方式があります。
- アプリケーションクラスタリング: 複数のアプリケーションサーバーを論理的にグループ化し、互いに監視し合いながらサービスを提供する。
- 仮想化環境: 物理サーバー上で仮想マシン（VM）を複製したり、物理サーバー障害時に他の物理サーバー上でVMを自動的に再起動させたりする（HA機能）。
3. ネットワーク経路の冗長性
データ通信の経路を複数用意し、一部の経路が利用できなくなっても通信を継続できるようにすることです。
- マルチホーミング: 複数のISP（インターネットサービスプロバイダ）と契約し、インターネットへの接続経路を複数持つ。
- 冗長ネットワークリンク: サーバーとスイッチ、あるいはスイッチ間を複数のケーブルで接続し、一部のケーブルが切断されても通信を継続できるようにする。
4. 人的・プロセスの冗長性
ITシステムだけでなく、組織や業務プロセスにおいても冗長性を考慮することがあります。
- 複数担当制: 重要な業務やシステム管理において、担当者を複数配置し、一人が不在でも業務が滞らないようにする。
- 手順書の整備と共有: 緊急時の対応手順を明確にし、複数の人が実行できるようにする。
冗長性のメリットとデメリット
冗長性は、システムの信頼性と可用性を飛躍的に高めますが、コストや管理の複雑化といった側面も持ち合わせます。
メリット
- 高可用性の実現: 障害発生時のダウンタイムを最小限に抑え、サービスを継続させることができます。
- 信頼性の向上: 個々のコンポーネントの故障がシステム全体に影響を与えにくくなります。
- データ保護の強化: データ損失のリスクを大幅に低減し、災害時や障害時のデータ整合性を確保します。
- 事業継続性の確保: 予期せぬ事態が発生しても、重要な事業活動を継続できる能力（事業継続計画: BCP）を強化します。
- スケーラビリティの向上: アクティブ・アクティブ構成などの場合、冗長性を確保しつつ、負荷分散による処理能力の向上も期待できます。
デメリット
- コストの増加: ハードウェア、ソフトウェアライセンス、設置スペース、電力、ネットワーク帯域など、重複するリソースへの投資が必要となり、初期導入コストと運用コストが増大します。
- 複雑性の増加: システム構成が複雑になり、設計、導入、運用、監視、トラブルシューティングがより困難になります。特に、複数のコンポーネント間の同期や切り替えロジックの管理は大きな課題です。
- テストの複雑性: フェイルオーバーやフェイルバック、データ復旧など、冗長構成特有のシナリオに対する網羅的なテストは非常に複雑で、時間とリソースを要します。
- 管理オーバーヘッド: 重複するコンポーネントの監視やメンテナンスが必要となり、運用管理の負荷が増加する可能性があります。
冗長性（Redundancy）とは、システムやデータの信頼性、可用性、耐障害性を向上させるために、予備の要素を重複して持たせる設計原則です。
サーバー、ストレージ、ネットワーク機器といったハードウェア、アプリケーションやデータベースといったソフトウェア、さらにはネットワーク経路など、様々なレベルで冗長性を確保することで、単一障害点のリスクを排除し、障害発生時にもサービスの中断やデータの損失を防ぎます。
高可用性や信頼性の向上といった大きなメリットをもたらす一方で、導入コストの増加や管理の複雑化といったデメリットも伴います。そのため、ビジネスの要件、許容されるダウンタイム、予算などを総合的に考慮し、どこまで冗長性を確保するかを適切に判断することが、堅牢かつコスト効率の良いITシステムを構築する上で不可欠です。
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