Resilienz vs. Redundanz: Was ist der Unterschied?

Resilienz und Redundanz bieten Möglichkeiten, ein verlässliches System zu schaffen – bekannt als Systemzuverlässigkeit. Sowohl Resilienz als auch Redundanz sind entscheidend für die Gestaltung und Bereitstellung von Computernetzwerken, Rechenzentren und IT-Infrastrukturen. Trotz der kritischen Natur beider sind Resilienz und Redundanz nicht dasselbe. In diesem Artikel erklären wir Systemzuverlässigkeit, die Unterschiede in Resilienz und Redundanz sowie wie beide zur Zuverlässigkeit Ihres Systems beitragen.

Was ist Systemzuverlässigkeit?

Systemzuverlässigkeit wird definiert als "die Vertrauenswürdigkeit eines Computersystems, die es ermöglicht, sich berechtigterweise auf den von ihm erbrachten Dienst zu verlassen". Ein Computersystem und seine Komponenten müssen stark genug sein, um seinen Dienst zuverlässig an Endnutzer zu liefern. Ein zentrales Merkmal der Zuverlässigkeit ist die Zuverlässigkeit des Systems, sodass der bereitgestellte Dienst während seiner gesamten Betriebsdauer auf einem akzeptablen Leistungsniveau verfügbar ist. Sowohl Widerstandsfähigkeit als auch Redundanz tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit eines Systems zu erreichen, sind jedoch keine austauschbaren Strategien.

Widerstandsfähigkeit und Redundanz

Im Bereich der Computernetzwerke schaffen Widerstandsfähigkeit und Redundanz eine Fehlertoleranz innerhalb eines Systems, sodass es trotz Problemen wie Stromausfall, Cyberangriffen, Systemüberlastung und anderen Ursachen von Ausfallzeiten funktionsfähig bleibt. In diesem Zusammenhang lassen sich die Begriffe wie folgt definieren:

• Redundanz ist die absichtliche Duplikation von Systemkomponenten, um die Zuverlässigkeit eines Systems zu erhöhen.
• Resilienz bezieht sich auf die Fähigkeit eines Systems, sich von einem Fehler zu erholen und die Zuverlässigkeit des Dienstes trotz Fehlern aufrechtzuerhalten.

Mit diesen Definitionen sind Redundanz und Resilienz nicht austauschbar, sondern ergänzend: Redundanz ist erforderlich, um die Resilienz eines Systems zu erhöhen, und die Resilienz einzelner Systemkomponenten stellt sicher, dass redundante Komponenten nach einem Fehler wieder in den Funktionszustand zurückkehren können. Redundanz ist ein absolutes Maß für die zusätzlichen Komponenten, die die Systemresilienz unterstützen, während Resilienz ein relatives (und kontinuierliches) Maß für die Auswirkungen eines Fehlers auf den Systembetrieb ist.

Wie man Redundanz aufbaut

Die funktionalen Fähigkeiten von Computerkomponenten umfassen Hardware, Software, Informationen und zeitbasierte Leistung. Daher kann die Einführung von Redundanz in ein System in Bezug auf diese funktionalen Kategorien helfen, die Fehler-Fehler-Ausfallkette zu durchbrechen. Wenn ein Fehler auftritt, entsteht ein Leistungsfehler, der dazu führt, dass das System keinen zuverlässigen Dienst bereitstellen kann. Die Einführung von Redundanz in Form zusätzlicher Hardwarekomponenten, mehrerer Softwarefunktionen, Fehlerprüfungen für Daten und Konsistenz in Informationen oder Systemleistung in Bezug auf die Zeit verringert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler zum Systemausfall führt. Redundanz kann verschiedene Formen und Konfigurationen annehmen, darunter:

• Aktive Redundanz. Komponenten beteiligen sich aktiv am Systembetrieb und teilen sich die Arbeitslastverteilung. Zum Beispiel können Daten über zwei Glasfaserkabel parallel übertragen werden, statt nur über eines. Wenn ein Kabel reißt, bleibt das System funktionsfähig. Da die redundante Komponente bereits aktiviert und in die Systemfunktionalität eingebunden ist, ist das System stark genug, um sich von einem Fehlerzustand zu erholen. Allerdings können aktiv redundante Komponenten auch einen einzelnen Fehlerpunkt teilen, wodurch die zusätzlichen Systemelemente möglicherweise nicht zur Systemleistung beitragen. Beispielsweise können sich Verbindungen durch Hitze oder andere äußere Schäden gleichzeitig trennen.
• Passive Redundanz. Anwendung redundanter Komponenten nur nach dem Fehlerzustand. Die zusätzlichen Komponenten sind vorhanden, aber nicht aktiv an der Systemfunktionalität beteiligt. Die Wiederherstellung kann Zeit in Anspruch nehmen, da der Aktivierungsprozess und die Verbindung der redundanten Komponenten mit dem System in realen Anwendungen nicht sofort erfolgt. Beispielsweise stehen bei einem Kaltbackup-System zusätzliche Festplatten zur Speicherung der Daten zur Verfügung, aber diese zusätzlichen Laufwerke werden nur dann verbunden , um die notwendigen Speicheroperationen durchzuführen, wenn das primäre Speichervolumen ausfällt.
• Homogene Redundanz. Anwendung redundanter Komponenten desselben Typs, wie zum Beispiel die Verwendung derselben Marke und des gleichen Hardwaremodells in redundanter Konfiguration. Die Ergänzungen können zu exponentiellen Verbesserungen der Systemresilienz führen. Dies macht das System jedoch auch anfällig für eine einzelne Ausfallursache. Wenn die Hardware für einen bestimmten Sicherheitsaussetzer anfällig ist, bietet die redundante Hardware keine Toleranz für diesen Exploit.
• Vielfältige Redundanz. Einsatz redundanter Bauteile, die sich von der Primärkomponente unterscheiden. Diese Konfiguration verringert die Möglichkeit, dass eine einzelne Fehlerursache die Zuverlässigkeit des Systems beeinträchtigt. Zum Beispiel verwenden Züge eine Mischung aus elektrischen, pneumatischen, hydraulischen und Luftbremssystemen. Wenn ein primäres Bremssystem aufgrund übermäßigen Verschleißes oder einer Fehlfunktion ausfällt, übernehmen Sekundär- und Tertiärbremssysteme sofort, um das Kollisionsrisiko zu verringern. Im Allgemeinen ist vielfältige Redundanz recht komplex und teuer in der Wartung.

Für die Gestaltung und Bereitstellung von IT-Infrastruktur können verschiedene Redundanzkonfigurationen mit unterschiedlichen Anforderungen an Verfügbarkeit, Kosten und Komplexität verwendet werden.

Wie man Resilienz aufbaut

Redundanz ist eine Maßnahme zur Erhöhung der Resilienz, die eine proaktive oder reaktive Reaktion auf wirkungsvolle Veränderungen im System ermöglicht. Resilienzanforderungen können vielfältig und sich entwickelnd sein, insbesondere in skalierbaren Umgebungen, in denen ein Fehler an einem Systemelement kaskadieren kann. Weitere Maße der Resilienz können die Fähigkeit des Systems umfassen:

• Vorhergesagte potenzielle Störungen
• Isoliere betroffene Bauteile
• Schutz vor möglichen Fehlern
• Entfernen Sie Fehler und reparieren Sie sich aus einem Fehlerzustand
• Optimale Systemleistung wiederherstellen

Resilienz kann in Bezug auf die Verfügbarkeit eines Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen werden, als kontinuierliche Funktion der Häufigkeit oder Verzögerungen beim Auftreten der Fehler und der Geschwindigkeit der Wiederherstellung aus einem Fehlerzustand. Daher sind wichtige Kennzahlen für die Resilienz die mittlere Ausfallzeit des Systems (MTTF) und die mittlere Wiederherstellungszeit (MTTR). Die Wahl der Redundanzkonfiguration entspricht direkt dem MTTF und MTTR eines Systems. Eine optimale Wahl für die Redundanzkonfiguration zielt darauf ab, das höchste MTTF und den niedrigsten MTTR zu erreichen und gleichzeitig Kosten und Komplexität des redundanten Systems zu reduzieren. Mit anderen Worten: Die Redundanzkonfiguration muss so gewählt werden, dass das System im Durchschnitt über den längeren Zeitraum verfügbar bleibt (MTTF), aber wenn es ausfällt, sollte die durchschnittliche Wiederherstellungszeit bis zum optimalen Zustand (MTTR) am niedrigsten sein, ohne unakzeptable Kosten und Komplexität des Systems zu verursachen. Weitere nützliche Kennzahlen sind die mittlere Zeit zwischen Ausfallen (MTBF), die die mathematische Summe von MTTF und MTTR ist. Die Wahl von Resilienz und Redundanz basiert auf den Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Systems in Bezug auf Kosten, Komplexität und praktische Hindernisse. Im Hinblick auf Ziele und Vorgaben wird Resilienz oft als wichtige Voraussetzung betrachtet, da sie zur Beschreibung von Zuverlässigkeitsmerkmalen wie Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistung verwendet werden kann. Redundanz an sich wird jedoch nie als Ziel betrachtet, da die Anforderungen der Zuverlässigkeit mit einer Redundanzkonfiguration erfüllt werden sollten, die die geringstmöglichen Kosten und Komplexität verursacht.

Zusätzliche Ressourcen

Redundanz vs. Resilienz durch Vologie

Diese Beiträge sind meine eigenen und spiegeln nicht unbedingt die Position, Strategien oder Meinung von BMC wider.