단일 실패 지점 | 간단한 개요

정보 기술 분야에서 시스템 설계에는 특정 요구 사항을 충족하기 위해 시스템의 아키텍처, 인터페이스, 모듈 및 데이터를 결정하는 프로세스가 포함됩니다. 이는 제품/서비스 개발 효율성을 개선하고 우수한 사용자 경험을 가능하게 하는 중요한 프로세스입니다.

매일 수백만 명의 사용자에게 서비스를 제공하는 애플리케이션이 있다고 가정해 보겠습니다. 서버 측에서는 이러한 대량의 요청을 처리하기 위해 우수한 엔지니어링이 필요합니다. 데이터베이스에 문제가 있거나 하드웨어 오류가 발생하더라도 서버 요청은 절대 실패하지 않아야 합니다.

그러나 백엔드 또는 프론트엔드가 올바르게 설계되지 않은 경우 간단한 실수로 서버에서 컴퓨터 전체 네트워크에 이르기까지 전체 애플리케이션이 종료될 수 있습니다. 이러한 오류의 주요 원인 중 하나는 SPOF(Single Point Of Failure)입니다.

이 개요 기사에서는 SPOF가 IT 전문가에게 가장 큰 문제인 이유와 공통 소스 및 이러한 실패를 완화하는 방법을 설명했습니다. 기본적인 질문부터 시작하겠습니다.

단일 실패 지점이란 무엇입니까?

정의: 단일 장애 지점은 장애가 발생할 경우 전체 시스템이 작동을 중지하게 하는 시스템의 모든 부분입니다. 간단히 말해서 한 가지가 고장나면 모든 것이 무너집니다.

SPOF는 잘못된 설계와 잘못된 구현 기술로 인해 발생합니다. 소프트웨어 응용 프로그램, 하드웨어 모듈, 제조 시스템 또는 비즈니스 관행 등 모든 시스템에서 바람직하지 않습니다.

예를 들어 특정 위치의 한 서버에서만 호스팅되는 웹사이트를 실행하는 경우 해당 서버는 단일 실패 지점이 됩니다. 서버가 실패하면 방문자는 웹 사이트에 액세스할 수 없습니다. 이 단일 지점으로 인해 웹사이트와 관련된 모든 활동이 중단될 수 있습니다. 비즈니스에 그러한 위험이 존재하는 경우 해당 위험을 완화하기 위한 조치를 취해야 합니다.

해결책은 무엇입니까?

SPOF의 잠재적 위험을 줄이는 가장 효과적인 방법은 중복성을 추가하는 것입니다. 여기에는 중복 하드웨어 구성 요소 및 소프트웨어 응용 프로그램 설치가 포함됩니다.

예를 들어 RAID(Redundant Arrays of Independent Disks)를 사용하여 Directory Server 데이터베이스를 저장하거나 여러 호스트에 Directory Server의 중복 인스턴스를 배포할 수 있습니다.

여러 수준에서 중복성을 추가할 수 있습니다. 독립 택시 기사의 예를 들어 보겠습니다. 낮은 수준에서는 차량이 고장난 경우 수리할 도구와 예비 부품이 있을 수 있습니다. 중간 수준에서 그는 친구의 택시를 빌려 일을 할 수 있습니다. 가장 높은 수준에서 그는 여러 번 실패하는 경우 결함이 있는 부품을 완전히 교체할 수 있는 다른 자동차와 충분한 구성 요소를 가질 수 있습니다.

이제 컴퓨팅에서 중복성의 간단한 예를 살펴보겠습니다.

1.) 간단한 설정에서는 여러 단일 실패 지점이 있을 수 있습니다.

그림 1

2.) 중복 하드웨어 구성 요소를 추가하여 일부 단일 실패 지점을 피할 수 있습니다.

그림 2

삼). SPOF 제로는 완전한 이중화 시스템을 구축하여 달성할 수 있지만 이 설정은 그림 1에 표시된 간단한 설정보다 훨씬 더 비쌉니다.

그림 3 | 제로 SPOF

시스템 수준에서 로드 밸런서를 배포하여 서버 클러스터의 고가용성을 보장할 수 있습니다. 이 경우 각 서버에는 여러 개의 하드 드라이브, 전원 공급 장치 및 기타 모듈이 있을 수 있습니다. 서버가 실패할 경우 활성 서버의 로드를 감당할 수 있는 추가 서버를 추가하여 더 높은 수준의 중복성을 달성할 수 있습니다.

데이터 센터 자체는 비즈니스 로직과 같은 많은 작업을 지원합니다. 따라서 기능을 다른 곳에서 복제할 수 없는 경우 그 자체로 비즈니스에 대한 잠재적인 SPOF입니다.

사이트(최상위) 수준에서 전체 데이터 센터를 다른 설정으로 복제하고 기본 서버가 응답하지 않을 때 액세스할 수 있습니다. 이러한 유형의 중복성은 일반적으로 IT 재해 복구 또는 복구 프로그램의 초점입니다.

SPOF를 없애기 위해 인터넷과 ARPANET을 포함한 대규모 네트워크에서는 디지털 네트워크를 통해 데이터를 패킷으로 라우팅하고 전송하는 기술인 패킷 교환을 사용합니다. 네트워크의 두 호스트 사이의 다중 경로를 활용하고 채널 용량을 최적으로 사용합니다.

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두 호스트 사이의 노드에 장애가 발생하면 대체 노드를 통해 데이터가 전송됩니다. 패킷 스위칭은 또한 전송 지연을 최소화하고 통신의 견고성을 높입니다.

단일 실패 지점을 방지하기 위해 널리 사용되는 세 가지 네트워크 프로토콜이 있습니다.

<올>

중급 시스템에서 중급 시스템 최적의 데이터 경로를 결정하여 컴퓨터 네트워크 내에서 정보를 효율적으로 이동합니다.

최단 경로 우선 열기 단일 자율 시스템에 속하는 라우터 간에 라우팅 정보를 배포합니다. 최단 경로 우선 알고리즘(Dijkstra 알고리즘)을 사용하여 데이터를 전송합니다.

최단 경로 브리징 다중 경로 라우팅을 활성화하면서 네트워크 개발 및 구성을 단순화합니다.

SPOF 평가

SPOF가 나타나는 세 가지 일반적인 위치는 하드웨어, 소프트웨어 및 타사 서비스/제공업체입니다. 인간은 또한 대부분의 조직에서 단일 실패 지점이지만 종종 간과됩니다. 비즈니스 직원은 실수, 사기, 부정직, 지식 부족, 제한된 경험 등 여러 가지 이유로 SPOF가 될 수 있습니다.

SPOF를 감지하면 다음 단계는 이를 수정하기 어려운 정도에 따라 분류하는 것입니다. 세 가지 범주가 있을 수 있습니다.

<울>

쉬움: 합리적인 시간과 비용으로 해결할 수 있습니다.

보통: 직접 수정할 수 없습니다. 그러나 신뢰할 수 있는 해결 방법을 개발할 수 있습니다.

어려움: 결함은 까다롭고 수정하는 데 비용이 많이 듭니다.

이 외에도 SPOF는 발생 확률(낮음, 중간, 높음)과 비즈니스에 미치는 영향(낮음, 중간, 높음)으로 분류할 수 있습니다.

단일 장애 지점 방지

많은 미션 크리티컬 프로세스가 네트워크 연결에 의존하기 때문에 데이터 센터 중단은 단순히 용인될 수 없습니다. 그러나 모든 데이터 센터의 30% 이상이 매년 중단을 경험합니다. 기업의 약 34%는 1시간의 다운타임 비용이 100만 달러 이상이라고 말합니다.

데이터 센터 다운타임으로 인해 발생한 손실과 상관없이 실제 가동 중단의 80%는 예방할 수 있습니다. 네트워크의 모든 도구가 SPOF 위험이 될 수 있지만 대부분의 중단은 맬웨어 및 기타 사이버 위협으로 인해 발생합니다.

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로드 밸런서, 침입 방지 시스템, 웹 애플리케이션 방화벽, 지능형 위협 보호 솔루션을 비롯한 최신 위협 보호 도구는 정전 또는 네트워크 인터페이스 컨트롤러 장애가 발생하거나 인터넷 트래픽을 필터링할 때 항상 위험에 노출됩니다.

이러한 도구는 무차별 대입 공격과 같은 일반적인 위협과 XML 외부 엔터티 구현 또는 사이트 간 요청 위조와 같은 복잡한 위협 모두에 취약합니다. 네트워크를 상시 보호할 수 없기 때문에 중복 보안 조치가 필요합니다.

광범위한 공격의 효율성과 빈도를 최소화하는 웹 애플리케이션 방화벽 아키텍처를 구현하는 몇 가지 방법이 있습니다. 예를 들어, 다중 계층 웹 앱 방화벽은 작업에 따라 서로 다른 애플리케이션 모듈을 다중 계층으로 분리합니다.

각 계층은 개별 시스템에서 실행되기 때문에 SPOF가 없습니다. 같은 방식으로 여러 로드 밸런서를 적절하게 구현하면 네트워크 내의 단일 장애 지점을 줄일 수 있습니다.

모든 계란을 한 바구니에 담지 마십시오

많은 회사에서 자체 버전의 클라우드 백업을 제공하지만 비즈니스 데이터를 보호하기 위해 하나의 백업에만 의존하는 것은 바람직하지 않습니다. Amazon, Microsoft, Google과 같은 거대 기술 기업의 클라우드 서비스도 매년 여러 번 실패합니다.

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회사를 운영하는 경우 중복성을 구축할 때 가능한 모든 시나리오를 고려해야 합니다. 누구든지 100% 가동 시간을 제공할 수 있다고 가정하지 말고 일이 잘못될 경우 항상 플랜 B에 대비하십시오.

심층 연구

시스템 시스템 내의 SPOF

영국 리버풀 존 무어스 대학교(Liverpool John Moores University)의 연구원들은 개별 시스템을 통합하여 대규모의 복잡한 이종 시스템을 구성할 때 직면하는 주요 과제를 강조합니다.

많은 현대적 접근 방식은 하나의 작은 특정 취약 영역에 집중하는 경향이 있습니다. 그 중 일부는 많은 수의 협력 구성 요소로 인해 매우 이론적이거나 확장할 수 없습니다. 이 연구는 단일 실패 지점이 협업 시스템에 큰 영향을 미치고 기업에 막대한 재정적 손실을 초래할 수 있는 방법을 설명합니다.

소프트웨어 기반 중복에서 SPOF 제거

소프트웨어 기반 이중화는 일반적으로 안정성을 향상시키는 효과적이고 저렴한 방법으로 간주됩니다. TMR(Triple Modular Redundancy) 측면에서 중복 실행은 매우 인기가 있지만 보호되지 않는 SPOF를 남깁니다.

이 연구는 SPOF로 인한 취약성을 제거하면서 소프트 노력에 대해 시스템의 안전에 중요한 구성 요소를 강화하는 결합 중복성이라는 전체론적 접근 방식을 제시합니다. 인코딩된 처리와 함께 중복 실행을 활용하고 기존 프로젝트에 쉽게 통합할 수 있습니다.

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트리 라우팅에서 SPOF 최소화

트리 라우팅(TR)은 부모-자식 링크를 사용하여 패킷을 전송합니다. 이러한 링크는 소스 및 대상 노드가 다른 트리 분기에 속할 때 더 많은 홉이 필요합니다. 코디네이터에 더 가까운 노드는 더 많은 패킷을 전송하여 더 높은 에너지 소비와 더 많은 혼잡을 초래할 수 있습니다. SPOF 문제가 발생할 수 있습니다.

대만의 National Kaohsiung University of Applied Sciences의 연구원 팀은 최단 경로를 통해 패킷을 전송하고 혼잡을 피하기 위해 Relief SPOF 트리 라우팅 알고리즘을 개발했습니다. 이 알고리즘은 평균 홉 수를 줄이고 종단 간 지연을 최소화하며 처리량을 늘리고 트리 노드의 수명을 연장합니다.