単一障害点

単一障害点（SPOF）とは、システムの一部で、そこに障害が発生すると、システム全体の動作が停止します。^{[1] SPOFは、ビジネス慣行、ソフトウェアアプリケーション、その他の産業システムなど、}高可用性や信頼性を目標とするシステムでは望ましくありません。システムにSPOFが存在すると、システムの他の場所でエラーが発生した場合よりも大幅に大きな混乱が生じる可能性があります。

すべての潜在的な SPOF に冗長性を追加することで、システムを堅牢にすることができます。冗長性はさまざまなレベルで実現できます。

潜在的なSPOFの評価には、故障した場合にシステム全体の障害を引き起こす可能性のある複雑なシステムの重要なコンポーネントを特定することが含まれます。^[2]信頼性の高いシステムは、そのような個々のコンポーネントに依存すべきではありません。

たとえば、小規模な樹木管理会社のオーナーは、ウッドチッパーを1 台しか所有していないかもしれません。チッパーが故障した場合、現在の仕事を完了できず、交換品が手に入るまで将来の仕事をキャンセルしなければならない可能性があります。オーナーは、これに複数の方法で備えることができます。樹木管理会社のオーナーは、ウッドチッパーが故障した場合に備えて、修理用のスペアパーツを用意しているかもしれません。さらに高いレベルでは、現場に持ち込める 2 台目のウッドチッパーを持っているかもしれません。最後に、最も高いレベルでは、複数の故障が発生した場合に作業現場のすべてを完全に交換できるだけの十分な機器を用意しているかもしれません。

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  シンプルな設定でSPOFが発生する可能性
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  冗長性を利用してSPOFを回避する
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  SPOF のない完全な冗長システム (注: 発電機とグリッド ソースはそれぞれ N 定格、各 UPS は N 定格、"A/C" と "電気" はそれ自体が完全にフォールト トレラントなシステムであると想定)

フォールトトレラントなコンピュータ システムは、内部コンポーネント レベル、システム レベル (複数のマシン)、またはサイト レベル (レプリケーション) で実現できます。

通常、システムレベルでサーバークラスターの高可用性を確保するには、ロードバランサーを導入します。 ^[3]高可用性サーバークラスターでは、各サーバーは複数の電源、ハードドライブ、その他のコンポーネントを備えることで、内部コンポーネントの冗長性を実現できます。システムレベルの冗長性は、別のサーバーに障害が発生した場合にそのサーバーを引き継ぐ予備サーバーを用意することで実現できます。

データセンターはビジネスロジックなどの他のオペレーションのサポートセンターであることが多いため、それ自体が潜在的な SPOF を表します。したがって、サイトレベルでは、クラスター全体を別の場所に複製して、プライマリの場所が使用できなくなった場合にアクセスできる場合があります。これは通常、IT 災害復旧プログラムの一部として対処されます。以前はこの SPOF の解決策はクラスターの物理的な複製でしたが、この複製の需要が高いため、多くの企業がクラウドコンピューティングを使用して複製をサードパーティにアウトソーシングするようになりました。ただし、そうすることで SPOF が移動するだけであり、障害やサイバー攻撃の可能性が高まる可能性があると学者は主張しています。^[4]

ポール バランとドナルド デイビスは、「存続可能な通信ネットワーク」の重要な部分であるパケット スイッチングを開発しました。ARPANETやインターネットを含むこのようなネットワークは、単一障害点がないように設計されます。ネットワーク上の任意の 2 点間に複数のパスが存在すると、特定のパスまたは中間ノードのいずれか 1 つに障害が発生した後でも 、パケットが損傷を「回避」して、それらのポイントが相互に通信を継続できます。

ソフトウェア エンジニアリングでは、アプリケーションまたはコンピュータ システムの容量が単一のコンポーネントによって制限される場合にボトルネックが発生します。ボトルネックは、トランザクション パスのすべての部分の中でスループットが最も低くなります。一般的な例としては、使用されているプログラミング言語が並列処理に対応しているが、特定のコードスニペットで複数の独立したプロセスが同時にではなく順番に実行される場合が挙げられます。

ボトルネック (ホットスポットとも呼ばれる、最も頻繁に実行されるコード部分、つまり実行回数が最も多い部分) を追跡することをパフォーマンス分析と呼びます。削減は通常、パフォーマンス アナライザーまたはプロファイラーと呼ばれる専用ツールの助けを借りて実現されます。その目的は、特定のコード部分をできるだけ高速に実行して、全体的なアルゴリズムの効率を向上させることです。

たった 1 つのコンポーネントの脆弱性やセキュリティ エクスプロイトによって、システム全体が危険にさらされる可能性があります。コンピュータ セキュリティにおける最大の懸念事項の 1 つは、ユーザーの利便性をあまり犠牲にすることなく SPOF を排除することです。インターネットの発明と普及により、多くのシステムが、安全を確保するのが難しい多くの接続を介して、より広い世界に接続されるようになりました。^[4]企業はこれに対してさまざまなソリューションを開発してきましたが、複雑なシステムにおける SPOF の最も一般的な形態は、オペレーターの偶発的な誤った取り扱いやフィッシング攻撃による外部からの干渉によるユーザー エラーのままである傾向があります。^[5]

単一障害点の概念は、企業のサプライチェーン管理^[6]や輸送管理^[7]など、エンジニアリング、コンピュータ、ネットワーク以外の分野にも適用されています。

単一障害点を生み出す設計構造には、ボトルネックや直列回路（並列回路とは対照的）が含まれます。

交通分野では、この概念を適用した最近の注目すべき例として、カナダのニピゴン川橋が挙げられます。2016年1月、この橋はトランスカナダハイウェイ沿いに位置しており、車両が迂回できる代替ルートがないため、部分的に崩壊し、数日間、東カナダと西カナダの間の道路交通が完全に遮断されました。 ^[8]また、コネチカット州ノーウォークのノーウォーク川鉄道橋は、老朽化し​​た旋回橋で、開閉時に動かなくなることがあり、北東回廊線の鉄道交通に支障をきたしていました。^[7]

単一障害点の概念は諜報の分野にも適用されている。エドワード・スノーデンは、いわゆる「単一障害点」、つまり情報の唯一の保管場所となることの危険性について語った。^[9]

単一障害点となる 生命維持システムのコンポーネントには、極めて高い信頼性が求められます。

• バスファクター – リスク管理の概念
• 連鎖的な失敗 – 失敗の体系的なリスク
• ドミノ効果 – 一つの出来事が他の一連の出来事を引き起こして生じる累積的な効果
• ルッサーの法則 – 級数成分の確率積の法則
• 冗長性 – システムの信頼性を高めるために重要なコンポーネントを複製する
• サービスレベル契約 – サービスプロバイダーと顧客間の正式な約束

• デッドマンスイッチ – オペレータの喪失に反応する装置
• ジーザスナット – 一部のヘリコプターのメインローター保持ナットの俗語
• キルスイッチ – システムを素早くシャットダウンする安全機構
• 信頼性工学 – 信頼性を重視するシステム工学のサブ分野
• 安全工学 – 設計されたシステムが許容できるレベルの安全性を提供することを保証する工学分野

• アキレス腱 – 全体的な強さにもかかわらず、没落につながる重大な弱点
• ハマルティア – ギリシャ演劇理論における主人公の誤り