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単一障害点( SPOF ) とは、システムの一部で、それが故障するとシステム全体が動作しなくなる部分を指します。[ 1 ]単一障害点という用語は、それがなくてもシステムが機能し続けることを可能にするバックアップや冗長オプションがないことを意味します。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、高可用性または高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 が存在する場合、システムの他の場所でエラーが発生した場合よりもはるかに大きな障害を引き起こす可能性があります。
潜在的な単一障害点（SPOF）すべてに冗長性を持たせることで、システムの堅牢性を高めることができる。冗長性は様々なレベルで実現可能である。
潜在的な単一障害点の評価には、誤動作が発生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してはなりません。
例えば、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。もしそのチッパーが故障した場合、現在の作業を完了できず、代替機を入手できるまで今後の作業をキャンセルせざるを得なくなる可能性があります。オーナーは、これに備えるための様々な対策を講じることができます。まず、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おくことができます。さらに、現場に持ち込める2台目のウッドチッパーを用意しておくこともできます。そして、最も高度な対策としては、複数の機器が故障した場合に備え、現場にあるすべての機器を完全に交換できるだけの十分な設備を揃えておくことも考えられます。
耐障害性のある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）で実現できる。
通常、システムレベルでサーバークラスタの高可用性を確保するために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、別のサーバーが故障した場合にその作業を引き継ぐために待機している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単一障害点（SPOF）となります。そのため、サイトレベルでは、プライマリロケーションが利用できなくなった場合にアクセスできる別の場所にクラスタ全体を複製することができます。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の物理的な複製でしたが、この複製に対する需要が高まったため、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。しかし、学者たちは、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さらに高まる可能性があると主張しています。[ 4 ]
ポール・バランとドナルド・デイビスは、パケット交換方式を開発しました。これは「耐障害性通信ネットワーク」の重要な要素です。ARPANETやインターネットを含むこうしたネットワークは、単一障害点を持たないように設計されています。ネットワーク上の任意の2点間に複数の経路が存在することで、特定の経路や中間ノードのいずれか1つに障害が発生した場合でも、パケットが障害を「迂回」して通信を継続できます。
ソフトウェアエンジニアリングにおいて、ボトルネックとは、アプリケーションまたはコンピュータシステムの処理能力が単一のコンポーネントによって制限される状態を指します。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最もスループットが低い部分です。よくある例としては、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にもかかわらず、特定のコードスニペット内で複数の独立したプロセスが同時ではなく順次実行される場合などが挙げられます。
ボトルネック（ホットスポットとも呼ばれ、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）を特定することをパフォーマンス分析と呼びます。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を使用して削減を行います。その目的は、これらの特定のコード部分の実行速度を可能な限り速くし、アルゴリズム全体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が、システム全体を危険にさらす可能性があります。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過度に犠牲にすることなく、単一障害点（SPOF）を排除しようとすることです。インターネットの発明と普及により、多くのシステムが、セキュリティを確保するのが難しい多数の接続を介して、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多くの解決策を開発してきましたが、複雑なシステムにおける最も一貫したSPOFの形態は、オペレーターによる偶発的な誤操作またはフィッシング攻撃による外部からの干渉のいずれかによるユーザーエラーである傾向があります。[ 5 ]
単一障害点の概念は、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おり、企業のサプライチェーン管理[ 6 ]や輸送管理[ 7 ]などにも適用されています。
単一障害点を生み出す設計構造としては、ボトルネックや直列回路（並列回路とは対照的）などが挙げられる。
交通分野では、この概念の適用例として、カナダのニピゴン川橋が挙げられます。この橋は、トランスカナダハイウェイの一部に位置し、迂回路がないため、2016年1月に橋の一部が崩落し、東カナダと西カナダ間の道路交通が数日間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も挙げられます。この橋は老朽化した旋回橋で、開閉時に時々動かなくなり、北東回廊線の鉄道交通を妨害します。[ 7 ]
単一障害点の概念は、諜報分野や諜報活動のプロセスにも適用されている。エドワード・スノーデンは、彼が「単一障害点」と表現した、唯一の情報保管庫となることの危険性について語った。[ 9 ]
生命維持システムの構成要素のうち、単一障害点となりうるものは、極めて高い信頼性が求められる。