تصميمات التكرار والتبديل عند التعطل

يعني التوافر العالي (HA) تصميم الشبكة بحيث تظل الخدمات عاملة حتى عند حدوث عطل. والفكرة الأساسية هي إزالة نقاط الفشل الوحيدة: أي مكوّن يؤدي تعطله إلى إسقاط النظام بأكمله. ويجمع التوافر العالي بين التكرار (مكوّنات احتياطية) والتجاوز التلقائي عند الفشل (التحويل تلقائيًا إلى المكوّن الاحتياطي)، للحفاظ على تشغيل الخدمات المهمة أثناء الانقطاعات.

تُعد نقطة الفشل الوحيدة (SPOF) أي عنصر لا يملك نسخة احتياطية، مثل موجه واحد أو مزود طاقة واحد أو وصلة إنترنت واحدة، يؤدي فقدانه إلى توقف كل شيء. ويُعد تحديد نقاط الفشل الوحيدة الخطوة الأولى في تصميم التوافر العالي. ولكل مكوّن مهم، اسأل: "ماذا سيحدث إذا تعطل هذا المكوّن؟" وحيثما كانت الإجابة "انقطاع كامل"، أضف التكرار.

يعني التكرار توفير مكوّنات مكررة جاهزة لتولي العمل. ويمكن تطبيقه على كل مستوى: مزودات طاقة مكررة، ووصلات شبكة مكررة، ومحولات وموجهات مكررة، واتصالات إنترنت مكررة. يكلّف التكرار مالًا ويضيف تعقيدًا، لذلك يُخصص للمكوّنات التي سيكون لتعطلها أكبر أثر. والهدف هو منع أي عطل فردي من التسبب في انقطاع.

التجاوز عند الفشل هو الانتقال التلقائي من مكوّن متعطل إلى نسخته الاحتياطية. ولا يكفي وجود التكرار وحده؛ إذ يجب أن تتولى النسخة الاحتياطية العمل بسرعة، ويفضل أن يكون ذلك دون تدخل بشري. ويكون التجاوز الجيد سريعًا وسلسًا، بحيث يكاد المستخدمون لا يلاحظونه. ويحقق الجمع بين مكوّن في وضع الاستعداد والتجاوز التلقائي عند الفشل توافرًا عاليًا حقيقيًا.

يوجد نموذجان للتكرار. في نموذج نشط-احتياطي، تبقى النسخة الاحتياطية خاملة حتى يفشل المكوّن الأساسي، ثم تتولى العمل. أما في نموذج نشط-نشط، فتعمل الوحدتان معًا وتتقاسمان الحمل، وإذا تعطلت إحداهما تستوعب الأخرى حصتها. ويزيد نموذج نشط-نشط السعة أيضًا، بينما يُعد نموذج نشط-احتياطي أبسط. ولكل نموذج احتياجات وميزانيات يناسبها.

تُعد البوابة الافتراضية نقطة فشل وحيدة شائعة، لذلك توفر بروتوكولات تكرار القفزة الأولى (FHRP) بوابة احتياطية. ويتيح كل من VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) وHSRP (Hot Standby Router Protocol) الخاص بـ Cisco لموجهين مشاركة عنوان IP لبوابة افتراضية واحدة؛ فإذا تعطل الموجه النشط، تولى الموجه الاحتياطي العنوان. ويواصل المضيفون استخدام البوابة نفسها دون أن يدركوا حدوث التبديل.

ينطبق التكرار على الوصلات أيضًا. إذ يجمع تجميع الوصلات (LAG باستخدام LACP) عدة وصلات مادية في وصلة منطقية واحدة، لتوفير نطاق ترددي إضافي والاستمرار في العمل إذا تعطلت إحدى الوصلات. وعلى الخوادم، يربط تجميع بطاقات NIC عدة بطاقات شبكة، بحيث تستمر حركة المرور إذا تعطلت بطاقة أو كابلها. ويزيل كلا الأسلوبين الوصلةَ المفردة كنقطة فشل.

تكون كثير من المشكلات مادية. تتيح مزودات الطاقة المكررة للجهاز الاستمرار في العمل عند تعطل أحد المزودات. وتُبقي UPS (Uninterruptible Power Supply) المعدات عاملة أثناء الانقطاعات القصيرة، بينما يتولى المولد الانقطاعات الأطول. ويمكن استبدال المكوّنات القابلة للتبديل أثناء التشغيل دون إيقاف الطاقة. وتحمي هذه الوسائل من الأسباب الشائعة جدًا للتوقف: أعطال الطاقة والأجهزة.

يُقاس التوافر العالي باستخدام تسعات مدة التشغيل. وتسمح نسبة 99.9% بنحو 8.8 ساعات من التوقف سنويًا؛ ونسبة 99.99% بنحو 53 دقيقة؛ ونسبة 99.999% ("خمس تسعات") بنحو 5 دقائق. ويهم مصطلحان آخران: RTO (Recovery Time Objective)، أي مدى سرعة التعافي المطلوبة، وRPO (Recovery Point Objective)، أي مقدار فقدان البيانات المقبول. وتوجه هذه الأهداف اختيارات التصميم.

التكرار ليس مجانيًا ولا بلا حدود. فهو يضيف تكلفة وتعقيدًا وأنماط فشل جديدة إذا أُعد بشكل سيئ. وقد تعني زيادة النسخ وجود المزيد لإدارته، وفرصًا أكثر لحدوث أخطاء في الإعداد. وتتمثل المهارة في موازنة تكلفة التكرار مع تكلفة التوقف لكل خدمة، وحماية ما هو مهم دون الإفراط في هندسة بقية العناصر.

يكون تصميم التوافر العالي منهجيًا: حدّد الخدمات المهمة، واعثر على كل نقطة فشل وحيدة، وأضف تكرارًا مستهدفًا مع تجاوز تلقائي عند الفشل، واختبر أن التجاوز يعمل فعلًا. فالنسخة الاحتياطية غير المختبرة أمل وليست خطة. ويثبت إجراء محاكاة منتظمة للأعطال صحة التصميم ويكشف الثغرات. وعند تنفيذ ذلك جيدًا، يحافظ التكرار والتجاوز عند الفشل على تشغيل الشبكة عندما تتعطل الأجزاء الفردية حتمًا.

اختبر معرفتك بالتوافر العالي.

تعلمت التكرار والتجاوز عند الفشل. النقاط الأساسية:

• يزيل التوافر العالي نقاط الفشل الوحيدة.
• يضيف التكرار نسخًا احتياطية؛ ويحوّل التجاوز عند الفشل العمل إليها تلقائيًا.
• يتقاسم النشط-النشط الحمل؛ بينما يُبقي النشط-الاحتياطي نسخةً في وضع الاستعداد.
• يوفر VRRP/HSRP بوابة مكررة؛ ويضيف LAG وتجميع بطاقات NIC تكرارًا للوصلات.
• قِس التوافر بتسعات مدة التشغيل وRTO وRPO، واختبر التجاوز عند الفشل.