【サーバーNo.554】今更聞けない！システム冗長化をサクッと解説

システム冗長化について初めて学ぶ方にもわかりやすくまとめました。この記事では、具体例や図解を交えながら、システム冗長化の基本から応用までを丁寧に解説しています。

Table of Contents

システム冗長化とは？

システム冗長化とは、システムの一部が故障しても全体が正常に動作し続けるように、あらかじめ予備の機器や経路を用意しておく仕組みのことです。障害発生時のダウンタイムを最小限に抑え、サービスの安定性を確保します。

わかりやすい具体的な例

家庭の電気にブレーカーが2つある場合

graph TD A[家庭の電気供給] --> B[主ブレーカー] B --> C[コンセント] B -. 故障時 .-> D[予備ブレーカー] D --> C note over B,D: ブレーカーが2つあることで、1つ故障しても電気は供給され続ける

家庭の電気に例えると、通常使うブレーカーに加えて予備のブレーカーがあると、万が一片方が故障しても電気が途切れません。これがシステム冗長化の考え方です。

複数の道路が町と町を繋ぐ場合

graph TD A[町A] --> B[主要道路] B --> C[町B] B -. 通行止め時 .-> D[迂回道路] D --> C note over B,D: 主要道路が使えなくなっても迂回路で町Bに到達できる

町Aと町Bを結ぶ主要道路が使えなくなっても、別の迂回道路があれば問題なく移動できます。これも冗長化の一例です。

システム冗長化はどのように考案されたのか

システム冗長化は、1960年代のコンピュータ普及期に、大規模な計算機システムがダウンすることで発生する経済損失を防ぐ必要性から考案されました。当時、銀行や航空会社など24時間稼働が求められる業界で信頼性の高いシステムが求められ、冗長化技術が発展しました。

graph TD A[1960年代大型コンピュータ] --> B[システム障害発生] B --> C[業務停止・経済損失] C --> D[解決策の模索] D --> E[冗長化の考案] E --> F[予備機・二重化構成] note over E,F: 冗長化によりシステム停止リスクを低減

考案した人の紹介

システム冗長化の概念は、IBMの技術者ジーン・アムダール氏が1960年代に提唱しました。彼は大型コンピュータ「IBM System/360」の開発に携わり、コンピュータの信頼性向上のため、ハードウェアの二重化やエラー検出機構の導入を進めました。これが冗長化の基礎となりました。

考案された背景

1960年代は、銀行や航空会社など大規模システムの利用が急増した時代でした。1秒でも業務が停止すると多大な損失を招くため、システムの安定稼働が求められ、冗長化技術が注目されました。高信頼性が社会の要請となった背景が、冗長化普及の契機です。

システム冗長化を学ぶ上でつまづくポイント

多くの人がつまづくポイントは、「なぜ予備機を用意する必要があるのか」という点です。特に、コスト面での疑問が多く、無駄ではないかと考えがちです。しかし、冗長化はシステム停止による損失を防ぐための保険のようなものです。例えば、RAIDのように複数のハードディスクを組み合わせてデータを守る技術も冗長化の一種で、障害発生時のリスク軽減が本質です。

システム冗長化の構造

システム冗長化の構造は、主にハードウェア冗長化とソフトウェア冗長化に分かれます。ハードウェア冗長化では、サーバーやネットワーク機器を二重化し、1台故障してもバックアップ機が自動的に稼働します。ソフトウェア冗長化では、仮想化やクラスタリングによって障害時の自動フェイルオーバーを実現します。

graph TD A[サーバー1] --> B[ロードバランサー] A --> C[サービス提供] D[サーバー2（予備機）] --> B D --> C B -. 故障検知 .-> D note over A,D: 2台以上のサーバーで冗長化

システム冗長化を利用する場面

主に高可用性が求められるサービスで活用されます。

利用するケース1

金融機関のオンラインバンキングシステムでは、24時間365日止まることなく稼働することが求められます。冗長化により、メインのサーバーがダウンしても、待機系サーバーが即座に稼働し、ユーザーは障害を感じることなく取引を継続できます。特にHAクラスタ構成が採用され、リアルタイムでのフェイルオーバーが実現されています。

graph TD A[メインサーバー] --> B[取引処理] C[待機サーバー] -. スタンバイ .-> B A -. 障害発生 .-> C note over A,C: どちらかのサーバーが稼働し続ける

利用するケース2

大規模なECサイトでもシステム冗長化は欠かせません。特にセール期間などアクセスが集中する際、サーバーの1台が故障しても他のサーバーで処理を分散し、サイトがダウンしないよう構成されています。ロードバランサーが複数台のWebサーバーにトラフィックを振り分けることで、常に安定したサービス提供が可能です。

graph TD A[ユーザーアクセス] --> B[ロードバランサー] B --> C[Webサーバー1] B --> D[Webサーバー2] C -. 障害時 .-> D note over B,C,D: ロードバランサーで冗長化

さらに賢くなる豆知識

システム冗長化には「アクティブ-アクティブ構成」と「アクティブ-スタンバイ構成」の2種類があります。アクティブ-アクティブは両方のサーバーが常時稼働し負荷を分散、アクティブ-スタンバイは一方が待機状態で障害時に切り替えます。それぞれコストや用途に応じて使い分けられます。

あわせてこれも押さえよう！

システム冗長化の理解を深めるために、あわせて学んでおくべきサーバー関連のキーワードを5つご紹介します。

ロードバランサー

複数のサーバーにトラフィックを均等に振り分け、負荷を分散する装置です。

フェイルオーバー

障害発生時に自動的にバックアップシステムへ切り替える仕組みです。

RAID

複数のハードディスクを組み合わせてデータを冗長化し、障害に備える技術です。

クラスタリング

複数のコンピュータを1つのシステムのように構成し、高可用性を実現します。

仮想化

物理的なサーバーを仮想的に分割し、効率的にリソースを利用する技術です。

まとめ

システム冗長化を理解することで、サービス停止による損失を未然に防ぐ重要性が見えてきます。日常生活やビジネスにおいて、安定したインフラの重要性を再認識し、信頼性の高いシステム設計に活かすことができます。