Single Point Of Failure | Een eenvoudig overzicht

Op het gebied van informatietechnologie omvat systeemontwerp het proces van het bepalen van de architectuur, interfaces, modules en gegevens voor een systeem om aan bepaalde vereisten te voldoen. Het is een cruciaal proces om de efficiëntie van product-/serviceontwikkeling te verbeteren en een geweldige gebruikerservaring mogelijk te maken.

Stel dat u een applicatie heeft die dagelijks miljoenen gebruikers bedient. Aan de serverkant moet je uitstekende engineering hebben om zo'n groot aantal verzoeken te verwerken. Serververzoeken mogen nooit mislukken, zelfs niet als er een probleem is met de database of een hardwarestoring.

Als de backend of frontend echter niet correct is ontworpen, kan een simpele fout de hele applicatie afsluiten - alles van de server tot het computerbrede netwerk. Een van de belangrijkste bronnen van dergelijke fouten is de Single Point Of Failure (SPOF).

In dit overzichtsartikel hebben we uitgelegd waarom SPOF het grootste probleem is voor IT-professionals, de gemeenschappelijke bron, en hoe dergelijke storingen kunnen worden verholpen. Laten we beginnen met een basisvraag.

Wat is Single Point Of Failure?

Definitie: Een single point of failure is elk onderdeel van een systeem dat ervoor zorgt dat het hele systeem stopt met werken als het faalt. In eenvoudige bewoordingen, als één ding kapot gaat, gaat alles naar beneden.

SPOF's ontstaan ​​door gebrekkige ontwerpen en slechte implementatietechnieken. Ze zijn ongewenst in elk systeem, of het nu een softwaretoepassing, hardwaremodule, productiesysteem of zakelijke praktijk is.

Als je bijvoorbeeld een website draait die op slechts één server op een bepaalde locatie wordt gehost, dan zou die server een single point of failure zijn. Als de server uitvalt, hebben bezoekers geen toegang tot de website. Dit ene punt kan elke activiteit met betrekking tot uw website tot stilstand brengen. Als een dergelijk risico in uw bedrijf bestaat, moet u stappen ondernemen om dat risico te beperken.

Wat is de oplossing?

De meest effectieve manier om het potentiële risico van SPOF's te verminderen, is door redundantie toe te voegen. Dit omvat het installeren van redundante hardwarecomponenten en softwareapplicaties.

Je zou bijvoorbeeld Redundant Arrays of Independent Disks (RAID) kunnen gebruiken om Directory Server-databases op te slaan, of meerdere, dubbele exemplaren van Directory Servers op verschillende hosts te implementeren.

Redundantie kan op verschillende niveaus worden toegevoegd. Laten we het voorbeeld nemen van een onafhankelijke taxichauffeur. Op een laag niveau heeft hij misschien gereedschap en reserveonderdelen om het voertuig te repareren, voor het geval het kapot gaat. Op gemiddeld niveau kan hij de taxi van zijn vriend lenen om het werk te doen. Op het hoogste niveau heeft hij misschien een andere auto en voldoende componenten om defecte onderdelen volledig te vervangen in het geval van meerdere storingen.

Laten we nu eens kijken naar het eenvoudige voorbeeld van redundantie in computers.

1.) In een eenvoudige installatie kunnen er verschillende mogelijke storingspunten zijn.

Figuur 1

2.) Enkele storingspunten kunnen worden vermeden door dubbele hardwarecomponenten toe te voegen.

Afbeelding 2

3). Zero SPOF kan worden bereikt door een volledig redundant systeem te bouwen, hoewel deze opstelling veel duurder is dan de eenvoudige opstelling die wordt getoond in figuur 1.

Figuur 3 | Nul SPOF

Op systeemniveau kan een load balancer worden ingezet om een ​​hoge beschikbaarheid voor een cluster van servers te garanderen. In dit geval kan elke server meerdere harde schijven, voedingen en andere modules hebben. Een hoger niveau van redundantie kan worden bereikt door extra servers toe te voegen die een belasting van actieve servers kunnen opnemen als ze falen.

Het datacenter zelf ondersteunt veel bewerkingen, zoals bedrijfslogica. Daarom is het op zichzelf een potentiële SPOF voor het bedrijf, als de functies niet elders kunnen worden gerepliceerd.

Op locatie (hoogste) niveau kan het gehele datacenter worden gerepliceerd in verschillende instellingen en worden geopend wanneer de primaire server niet meer reageert. Dit type redundantie is meestal de focus van een IT-rampbestendigheids- of herstelprogramma.

Om geen SPOF te hebben, gebruiken grote netwerken, waaronder internet en ARPANET, pakketschakeling, een techniek voor het routeren en overbrengen van gegevens via een digitaal netwerk naar pakketten. Het maakt gebruik van de meerdere paden tussen twee hosts op de netwerken en maakt optimaal gebruik van de kanaalcapaciteit.

Lezen:10 organisaties die het internet beheersen

Wanneer er een fout is in een knooppunt tussen de twee hosts, worden de gegevens overgedragen via een alternatief knooppunt. Pakketschakeling minimaliseert ook de transmissielatentie en verhoogt de robuustheid van de communicatie.

Er zijn drie netwerkprotocollen die veel worden gebruikt om het single point of failure te voorkomen:

1. Intermediair systeem tot gemiddeld systeem verplaatst informatie efficiënt binnen een computernetwerk door de beste route voor gegevens te bepalen.
2. Open kortste pad eerst verdeelt routeringsinformatie tussen routers die tot een enkel autonoom systeem behoren. Het gebruikt het kortste pad eerst-algoritme (het algoritme van Dijkstra) om gegevens te verzenden.
3. Kortste pad overbrugging vereenvoudigt de ontwikkeling en configuratie van een netwerk en maakt multipath-routering mogelijk.

SPOF beoordelen

De drie veelvoorkomende plaatsen waar SPOF vaak wordt weergegeven, zijn hardware, software en services/providers van derden. Mensen zijn ook een single point of failure in de meeste organisaties, maar ze worden vaak over het hoofd gezien. Mensen in een bedrijf kunnen om verschillende redenen SPOF's zijn, zoals fouten, fraude, oneerlijkheid, gebrek aan kennis en beperkte ervaring.

Zodra je SPOF hebt gedetecteerd, is de volgende stap om het te classificeren in termen van hoe moeilijk het is om het te repareren. Er kunnen drie categorieën zijn:

• Eenvoudig: Kan binnen een redelijke tijd en tegen redelijke kosten worden gerepareerd.
• Gemiddeld: Kan niet direct worden verholpen; er zou echter een betrouwbare oplossing kunnen worden ontwikkeld.
• Moeilijk: De fout is lastig en erg duur om te verhelpen.

Daarnaast kunnen SPOF's worden geclassificeerd in termen van waarschijnlijkheid van optreden (laag, gemiddeld en hoog risico) en hun impact op het bedrijf (lage, gemiddelde en hoge impact).

Voorkomen van Single Point of Failure

Omdat zoveel bedrijfskritieke processen afhankelijk zijn van netwerkconnectiviteit, kunnen uitval van datacenters niet zomaar worden getolereerd. Toch kampt meer dan 30% van alle datacenters jaarlijks met een storing. Ongeveer 34% van de bedrijven zegt dat een uur downtime meer dan $ 1 miljoen kost.

Ongeacht de verliezen die zijn opgetreden als gevolg van de uitvaltijd van het datacenter, is de realiteit dat maar liefst 80% van de uitval te voorkomen is. Hoewel elke tool in het netwerk een SPOF-gevaar kan vormen, worden de meeste storingen veroorzaakt door malware en andere cyberbedreigingen.

Lezen:13 verschillende soorten computervirussen

Moderne tools voor bescherming tegen bedreigingen, waaronder load balancers, Intrusion Prevention Systems, firewalls voor webtoepassingen en Advanced Threat Protection-oplossingen lopen altijd risico tijdens stroomstoringen of netwerkinterfacecontrollerstoringen, of wanneer ze internetverkeer filteren.

Deze tools zijn kwetsbaar voor zowel gewone dreigingen zoals brute force-aanvallen als complexe dreigingen zoals het implementeren van externe XML-entiteiten of cross-site request vervalsing. Omdat ze het netwerk niet altijd kunnen beschermen, is het noodzakelijk om redundante beveiligingsmaatregelen te nemen.

Er zijn verschillende methoden om een ​​firewall-architectuur voor webtoepassingen te implementeren die de effectiviteit en frequentie van een breed scala aan aanvallen minimaliseert. Multi-tier web-app-firewalls scheiden bijvoorbeeld verschillende applicatiemodules op basis van hun werking in meerdere lagen.

Aangezien elke laag op een afzonderlijk systeem draait, is er geen SPOF. Op dezelfde manier kan het correct implementeren van meerdere load balancers het single point of failure binnen een netwerk verminderen.

Plaats niet al je eieren in één mand

Hoewel veel bedrijven hun eigen versie van cloudback-ups aanbieden, is het niet raadzaam om alleen op één back-up te vertrouwen om de gegevens van uw bedrijf te beschermen. Zelfs cloudservices van technische giganten als Amazon, Microsoft en Google falen jaarlijks meerdere keren.

Lees:25 grootste uitvindingen in de informatica

Als u een bedrijf runt, moet u bij het bouwen van redundantie rekening houden met alle waarschijnlijke scenario's. Ga er niet vanuit dat iemand 100% uptime kan bieden en wees altijd klaar met Plan B als er iets misgaat.

Uitgebreide studies

SPOF binnen Systems-of-Systems

Onderzoekers van de John Moores University in Liverpool, VK, wijzen op de grote uitdagingen waarmee men te maken krijgt bij het integreren van individuele systemen om grote complexe heterogene Systems-of-Systems te vormen.

Veel moderne benaderingen hebben de neiging zich te concentreren op één klein specifiek kwetsbaar gebied. Sommige zijn zeer theoretisch of niet schaalbaar vanwege een groot aantal samenwerkende componenten. Het onderzoek beschrijft hoe een enkel storingspunt grote gevolgen kan hebben voor samenwerkende systemen en bedrijven aanzienlijk financieel verlies kan veroorzaken.

SPOF elimineren in op software gebaseerde redundantie

Op software gebaseerde redundantie wordt meestal beschouwd als een effectieve en goedkope manier om de betrouwbaarheid te vergroten. Redundante uitvoering in termen van drievoudige modulaire redundantie (TMR) is behoorlijk populair, maar laat onbeschermde SPOF's achter.

Dit onderzoek presenteert een holistische benadering, Combined Redundancy genaamd, die veiligheidskritieke componenten van een systeem verhardt tegen zachte inspanningen, terwijl de kwetsbaarheid die wordt veroorzaakt door SPOF's wordt geëlimineerd. Het maakt gebruik van redundante uitvoering samen met gecodeerde verwerking en kan eenvoudig worden geïntegreerd in bestaande projecten.

Lezen: 9 verschillende soorten penetratietesten 

SPOF's minimaliseren bij het routeren van bomen

Tree Routing (TR) maakt gebruik van ouder-kind-links om pakketten te verzenden. Deze koppelingen vereisen meer hops wanneer de bron- en bestemmingsknooppunten tot verschillende boomtakken behoren. Knooppunten dichter bij de coördinator kunnen meer pakketten verzenden, wat leidt tot een hoger energieverbruik en meer congestie. Dit kan een SPOF-probleem veroorzaken.

Een team van onderzoekers van de National Kaohsiung University of Applied Sciences, Taiwan, heeft een Relieving SPOF Tree Routing-algoritme ontwikkeld om pakketten via de kortste weg te verzenden en congestie te voorkomen. Het algoritme verlaagt het gemiddelde aantal hops, minimaliseert end-to-end vertraging, verhoogt de doorvoer en verlengt de levensduur van tree nodes.