การออกแบบความซ้ำซ้อนและการสลับไปใช้ระบบสำรอง

ความพร้อมใช้งานสูง (HA)หมายถึงการออกแบบเครือข่ายให้บริการยังคงทำงานได้แม้บางสิ่งขัดข้อง แนวคิดหลักคือการกำจัดจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว ซึ่งหมายถึงส่วนประกอบใดก็ตามที่หากล้มเหลวจะทำให้ทั้งระบบหยุดทำงาน HA ผสานความซ้ำซ้อน (ส่วนประกอบสำรอง) เข้ากับการสลับทำงานเมื่อเกิดข้อขัดข้อง (การเปลี่ยนไปใช้ส่วนสำรองโดยอัตโนมัติ) เพื่อให้บริการสำคัญทำงานต่อเนื่องระหว่างการหยุดชะงัก

จุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว (SPOF)คือองค์ประกอบใดก็ตามที่ไม่มีส่วนสำรอง เช่น เราเตอร์เพียงเครื่องเดียว แหล่งจ่ายไฟเพียงชุดเดียว หรือลิงก์อินเทอร์เน็ตเพียงลิงก์เดียว ซึ่งหากสูญเสียไปจะทำให้ทุกอย่างหยุดทำงาน การระบุ SPOF เป็นขั้นตอนแรกในการออกแบบ HA สำหรับส่วนประกอบสำคัญแต่ละรายการ ให้ถามว่า "ถ้าสิ่งนี้เสีย จะเกิดอะไรขึ้น" หากคำตอบคือ "ระบบหยุดทำงานทั้งหมด" ก็ต้องเพิ่มความซ้ำซ้อน

ความซ้ำซ้อนคือการมีส่วนประกอบสำรองที่พร้อมรับช่วงการทำงาน สามารถนำมาใช้ได้ในทุกระดับ ได้แก่ แหล่งจ่ายไฟสำรอง ลิงก์เครือข่ายสำรอง สวิตช์และเราเตอร์สำรอง รวมถึงการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตสำรอง ความซ้ำซ้อนมีค่าใช้จ่ายและเพิ่มความซับซ้อน จึงควรใช้กับส่วนประกอบที่หากล้มเหลวจะสร้างผลกระทบรุนแรงที่สุด เป้าหมายคือไม่ให้ความล้มเหลวเพียงครั้งเดียวทำให้ระบบหยุดทำงาน

การสลับทำงานเมื่อเกิดข้อขัดข้องคือการเปลี่ยนจากส่วนประกอบที่ล้มเหลวไปใช้ส่วนสำรองโดยอัตโนมัติ การมีส่วนสำรองเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ ส่วนสำรองต้องรับช่วงได้อย่างรวดเร็วและควรทำได้โดยไม่ต้องมีคนเข้าแทรกแซง การสลับทำงานที่ดีจะรวดเร็วและราบรื่นจนผู้ใช้แทบไม่สังเกตเห็น การมีส่วนประกอบสำรองพร้อมการสลับทำงานอัตโนมัติร่วมกันจึงทำให้เกิดความพร้อมใช้งานสูงอย่างแท้จริง

รูปแบบความซ้ำซ้อนมีอยู่สองแบบ ในแบบทำงานหลัก-สำรอง ส่วนสำรองจะหยุดรอจนกว่าส่วนหลักจะล้มเหลว แล้วจึงรับช่วงทำงาน ส่วนแบบทำงานพร้อมกัน หน่วยทั้งสองทำงานในเวลาเดียวกันและแบ่งภาระงานกัน หากหน่วยหนึ่งล้มเหลว อีกหน่วยจะรับภาระของหน่วยนั้น แบบทำงานพร้อมกันยังเพิ่มความจุได้ ส่วนแบบทำงานหลัก-สำรองมีความเรียบง่ายกว่า แต่ละแบบเหมาะกับความต้องการและงบประมาณที่แตกต่างกัน

เกตเวย์เริ่มต้นเป็น SPOF ที่พบได้บ่อย ดังนั้น First Hop Redundancy Protocols (FHRP) จึงจัดเตรียมเกตเวย์สำรอง VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol) และ HSRP (Hot Standby Router Protocol) ของ Cisco ช่วยให้เราเตอร์สองเครื่องใช้ IP เกตเวย์เสมือนร่วมกัน หากเราเตอร์ที่ทำงานอยู่ล้มเหลว เราเตอร์สำรองจะรับช่วงและใช้ที่อยู่นั้นต่อ โฮสต์ยังคงใช้เกตเวย์เดิมโดยไม่ทราบว่ามีการสลับเราเตอร์

ความซ้ำซ้อนใช้กับลิงก์ได้เช่นกัน การรวมลิงก์ (LAG โดยใช้ LACP) รวมลิงก์ทางกายภาพหลายลิงก์เป็นลิงก์เชิงตรรกะหนึ่งลิงก์ เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์และยังทำงานต่อได้หากลิงก์หนึ่งลิงก์ล้มเหลว บนเซิร์ฟเวอร์ การรวม NICจะผูกการ์ดเครือข่ายหลายใบเข้าด้วยกัน เพื่อให้การรับส่งข้อมูลดำเนินต่อไปได้หากการ์ดหรือสายของการ์ดใบหนึ่งล้มเหลว ทั้งสองวิธีช่วยกำจัดลิงก์เพียงเส้นเดียวในฐานะจุดล้มเหลว

ปัญหาหลายอย่างเกิดจากทางกายภาพ แหล่งจ่ายไฟสำรองช่วยให้อุปกรณ์ยังทำงานได้เมื่อแหล่งจ่ายไฟชุดหนึ่งล้มเหลว UPS (Uninterruptible Power Supply)ช่วยให้อุปกรณ์ทำงานต่อระหว่างไฟดับชั่วครู่ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ารองรับการดับไฟที่นานกว่า ส่วนประกอบแบบถอดเปลี่ยนขณะทำงานสามารถเปลี่ยนได้โดยไม่ต้องปิดเครื่อง สิ่งเหล่านี้ช่วยป้องกันสาเหตุของการหยุดทำงานที่พบได้บ่อยมาก ได้แก่ ปัญหาด้านพลังงานและฮาร์ดแวร์

HA วัดด้วยจำนวนเลขเก้าของเวลาทำงาน 99.9% ยอมให้หยุดทำงานได้ประมาณ 8.8 ชั่วโมงต่อปี 99.99% ประมาณ 53 นาที และ 99.999% ("ห้าเลขเก้า") ประมาณ 5 นาที ยังมีอีกสองคำที่สำคัญ ได้แก่ RTO (Recovery Time Objective) ซึ่งหมายถึงต้องกู้คืนให้เร็วเพียงใด และ RPO (Recovery Point Objective) ซึ่งหมายถึงยอมให้ข้อมูลสูญหายได้มากเพียงใด เป้าหมายเหล่านี้เป็นตัวกำหนดทางเลือกในการออกแบบ

ความซ้ำซ้อนไม่ได้มีให้ใช้ฟรีหรือมีได้ไม่จำกัด แต่จะเพิ่มค่าใช้จ่าย ความซับซ้อน และรูปแบบความล้มเหลวใหม่หากตั้งค่าไม่ดี การมีสำเนามากขึ้นอาจหมายถึงมีสิ่งที่ต้องจัดการมากขึ้น และมีโอกาสตั้งค่าผิดพลาดมากขึ้น ทักษะสำคัญคือการสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนของความซ้ำซ้อนกับต้นทุนจากการหยุดทำงานของแต่ละบริการ โดยปกป้องสิ่งที่สำคัญและไม่ออกแบบส่วนที่เหลือให้ซับซ้อนเกินความจำเป็น

การออกแบบ HA ต้องทำอย่างเป็นระบบ ได้แก่ จัดทำแผนผังบริการสำคัญ ค้นหา SPOF ทุกจุด เพิ่มความซ้ำซ้อนที่จำเป็นพร้อมการสลับทำงานอัตโนมัติ และทดสอบว่าการสลับทำงานนั้นใช้งานได้จริง ส่วนสำรองที่ไม่เคยทดสอบเป็นเพียงความหวัง ไม่ใช่แผนงาน การจำลองความล้มเหลวเป็นประจำช่วยยืนยันการออกแบบและเปิดเผยช่องโหว่ได้ หากทำอย่างถูกต้อง ความซ้ำซ้อนและการสลับทำงานจะช่วยให้เครือข่ายทำงานต่อได้เมื่อส่วนประกอบแต่ละส่วนเกิดขัดข้อง ซึ่งเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ทดสอบความรู้เกี่ยวกับ HA ของคุณ

คุณได้เรียนรู้เรื่องความซ้ำซ้อนและการสลับทำงานเมื่อเกิดข้อขัดข้องแล้ว ประเด็นสำคัญ:

• HA กำจัดจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว
• ความซ้ำซ้อนเพิ่มส่วนสำรอง ส่วนการสลับทำงานเมื่อเกิดข้อขัดข้องจะเปลี่ยนไปใช้ส่วนสำรองโดยอัตโนมัติ
• แบบทำงานพร้อมกันแบ่งภาระงาน ส่วนทำงานหลัก-สำรองจะมีหน่วยสำรองรออยู่
• VRRP/HSRPมอบเกตเวย์สำรอง ส่วน LAG และการรวม NIC เพิ่มความซ้ำซ้อนของลิงก์
• วัดผลด้วยจำนวนเลขเก้าของเวลาทำงาน RTO และ RPO และทดสอบการสลับทำงาน