Отказоустойчивая IT-инфраструктура: принципы и способы организации

В современном мире, где бизнес все больше зависит от IT-технологий, вопрос надежности IT-инфраструктуры выходит на передний план. Большинство современных компаний, будь то онлайн-торговля, банковские услуги или облачные технологии, ежедневно сталкиваются с задачей гарантировать бесперебойную работу своих сервисов.

Сбои и простои могут привести к значительным финансовым потерям, урону репутации, а также к потере доверия клиентов и бизнес-партнеров. Именно поэтому создание надежной IT-инфраструктуры должно стать неотъемлемой частью стратегии любой компании, заботящейся о своем будущем. 

В этой статье мы изучим понятие «отказоустойчивость», а также рассмотрим основные принципы ее организации. После ознакомления с этим материалом вы сможете проверить свою IT-инфраструктуру на надежность и понять, какие элементы стоит добавить для повышения отказоустойчивости вашей системы.

Понятие отказоустойчивости IT-инфраструктуры

Отказоустойчивость IT-инфраструктуры — это способность системы продолжать нормальную работу даже в случае частичных сбоев, неожиданных ошибок или выхода из строя отдельных элементов системы. Это означает, что если даже происходят сбои в отдельных частях IT-системы, то они не влекут за собой остановку всего сервиса в целом. В системе с высокой отказоустойчивостью подобные проблемы выявляются и устраняются автоматически, не требуя вмешательства администратора, и они не оказывают влияния на общую производительность или доступность системы. 

Отказоустойчивость является критически важной для любого бизнеса, особенно для компаний, которые зависят от интернет-сервисов и цифровых платформ в своей ежедневной деятельности. Важность обеспечения отказоустойчивой инфраструктуры подчеркивают следующие аспекты: 

• Минимизация операционных потерь: без адекватных действий сбои в системах могут привести к существенным операционным убыткам. Повышение отказоустойчивости позволяет бизнесу поддерживать свою продуктивность, даже если отдельные компоненты или системы не функционируют.

• Снижение риска потери данных: реализация отказоустойчивых систем помогает предотвратить потерю данных, что крайне важно для сохранения непрерывности бизнес-процессов. 

• Повышение качества обслуживания клиентов: постоянная доступность онлайн-сервисов и систем компании, обеспечиваемая с помощью отказоустойчивых решений, способствует улучшению обслуживания клиентов и повышению их лояльности. 

• Улучшение репутации бренда: отказоустойчивость помогает поддерживать позитивное отношение к бренду, формируя образ компании как надежного и стабильного партнера. 

Именно поэтому отказоустойчивость необходима — она улучшает надежность и стабильность вашего бизнеса, что, в свою очередь, является ключом к его успешному и благополучному развитию.

Построение отказоустойчивых систем

Основная цель при построении надежных систем — гарантировать непрерывность работы IT-инфраструктуры и минимизировать время простоя, что способствует стабильности бизнес-процессов.

Для построения отказоустойчивых систем часто используются следующие основные принципы: 

1. Дублирование: этот подход подразумевает создание копий важных компонентов, таких как серверы, системы хранения данных и сетевые подключения. Если главный компонент выходит из строя, копия может мгновенно взять на себя его функции.

2. Балансировка нагрузки: балансировщики нагрузки распределяют работу между несколькими узлами или серверами, уменьшая риск перегрузки одного узла и минимизируя точки отказа.

3. Разделение на микросервисы: если система построена как монолит, то сбой в одной части может привести к отказу всей системы. Разбиение системы на небольшие, независимые компоненты или микросервисы позволяет каждому из них отказываться и восстанавливаться независимо.

4. Горячее резервирование: в этом случае имеется полностью функциональная (но не используемая в обычное время) копия вашей системы, постоянно находящаяся в готовности в случае основного отказа.

5. Резервное копирование и восстановление данных: регулярное резервное копирование данных является критически важным, чтобы в случае потери или повреждения данных можно было быстро их восстановить.

6. Автоматизация восстановления: при помощи определенного ПО система может быть спроектирована для автоматического обнаружения сбоев и восстановления после них, минимизируя простои. 

7. Тестирование: регулярный тест «восстановления после сбоев» обеспечивает работу процессов восстановления должным образом. 

8. Мониторинг и логирование: наблюдение за состоянием системы и ее компонентов в реальном времени, ведение логов и анализ их после сбоев помогают выявить и исправить возможные проблемы. 

Многие из этих принципов могут и часто комбинируются для повышения общей отказоустойчивости системы и улучшенного управления IT-инфраструктурой. Например, дублирующие серверы могут быть включены в пул ресурсов, где балансировщик нагрузки распределяет работу. Если один из серверов выходит из строя, балансировщик нагрузки перенаправляет трафик на один из работающих серверов, что обеспечивает бесперебойность работы.

Предлагаем подробнее изучить некоторые принципы построения отказоустойчивых систем, чтобы вы могли лучше понять, как они работают и как они могут быть применены для построения надежной и отказоустойчивой системы.

Редундантность (дублирование) систем и оборудования

Редундантность в сфере информационных технологий означает наличие дублирующих элементов в системе, которые обеспечивают непрерывность работы в случае отказа одного или нескольких других элементов. Это ключевой элемент в стратегии обеспечения отказоустойчивости. 

Давайте рассмотрим на примере. Представьте, что у вас есть компания, которая имеет веб-сайт для продажи товара. Этот сайт работает на сервере в вашем офисе. Что произойдет, если сервер выйдет из строя? Ваш веб-сайт перестанет работать, вы не сможете продавать товары, и ваш бизнес пострадает. 

Теперь представьте, что у вас есть два сервера, которые дублируют друг друга, и оба поддерживают работу вашего сайта. Это и есть редундантность. Да, это стоит дополнительных затрат для покупки и обслуживания второго сервера, но эта страховка против потери бизнеса и сбоев. 

Дублирование может быть реализовано на разных уровнях: 

1. Физическое дублирование. Включает в себя дублирование физического оборудования, такого как серверы, хранилища данных, сетевые кабели, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства. 

2. Дублирование данных. Это может заключаться в удвоении хранения данных с использованием различных методов, таких как RAID (Redundant Array of Independent Disks) или репликация данных между небольшими группами сервисов или даже между отдаленными центрами обработки данных.

3. Дублирование программного обеспечения. Включает в себя использование двух и более экземпляров одного и того же ПО на разных устройствах. В случае отказа одной системы другая может взять на себя ее функции.

4. Дублирование сетей (каналов связи). Здесь используется избыточность сетевых соединений или путей, чтобы в случае отказа одного из них, сетевое соединение могло продолжать работать, используя второй, дублирующий маршрут.

Однако, важно помнить, что дублирование не устраняет возможность сбоев — оно лишь помогает минимизировать их влияние на вашу работу.

Балансировка нагрузки

Балансировка нагрузки — это технология, которая равномерно распределяет входящий сетевой трафик по нескольким серверам для обеспечения стабильного и надежного обслуживания клиентов, а также для предотвращения перегрузки какого-либо одного сервера. 

Задача балансировщика нагрузки состоит в том, чтобы принимать входящие запросы от клиентов и перенаправлять их на один из доступных серверов в зависимости от выбранной стратегии распределения нагрузки. Основная цель — обеспечить, чтобы ни один сервер не был перегружен, что может привести к снижению качества обслуживания или даже к отказу. 

Среди стратегий балансировки нагрузки можно выделить следующие:

1. Round-robin — запросы просто распределяются поочередно между всеми доступными серверами.

2. Least-connections — запросы отправляются на сервер с наименьшей текущей нагрузкой (минимальное количество открытых соединений). 

3. IP-hash — балансировщик нагрузки вычисляет хэш от IP-адреса клиента и на основании этого хэша определяет, на какой сервер направить запрос. 

4. URL-hash — так же, как при балансировке по IP-hash, только на основе URL-запроса. 

Для балансировки нагрузки в IT-системах существует большое количество инструментов, среди них: Nginx, HAProxy, Google Cloud Load Balancing, F5 Load Balancer и другие. Также вы можете заказать сервис балансировщика нагрузки в Timeweb Cloud в панели управления в разделе «Сети» — «Балансировщики». В балансировку можно добавить как серверы, созданные в Timeweb Cloud, так и сторонние серверы.

Применение балансировки нагрузки не только распределяет нагрузку и улучшает общую производительность, но также повышает общую отказоустойчивость системы. Если один из серверов выходит из строя, балансировщик нагрузки, перестает направлять на него трафик, и пользователи продолжают получать услуги без перебоев. 

Резервное копирование данных

Резервное копирование данных подразумевают под собой процесс создания копий данных, которые могут быть использованы для восстановления первоначальной информации в случае ее утраты. 

Чтобы обеспечить эффективное резервное копирование данных, можно следовать следующим шагам: 

1. Определить, что нужно резервировать: не все данные важны с точки зрения бизнеса. Необходимо определить, какие данные критически важны и требуют резервирования.

2. Выбрать подходящую стратегию резервного копирования: существуют различные стратегии (полное, инкрементное, дифференциальное и др.), выбор зависит от набора данных и требований бизнес-процессов. 

3. Выбрать средство резервного копирования: множество инструментов и сервисов могут обеспечить резервное копирование данных. Некоторые работают на уровне отдельных файлов, другие — на уровне целых систем. Выбор инструмента тоже зависит от специфики бизнес-процессов. 

4. Регулярно выполнять резервное копирование: частота резервного копирования зависит от того, насколько динамичны данные. Некоторые организации требуют резервного копирования в реальном времени, другим достаточно выполнять это процесс ежедневно или еженедельно. 

5. Хранить резервные копии в безопасном месте: потеря или повреждение копий ведет к потере данных, поэтому важно обеспечить безопасное хранение в местах, недоступных для посторонних.

6. Проводить тестирование восстановления: периодически стоит проверять, насколько успешно можно восстановить данные из резервных копий. Это поможет обнаружить проблемы еще до того, как они станут критическими.

7. Контролировать жизненный цикл данных: с течением времени старые резервные копии становятся неактуальными. Нужно следить за хранением и жизненным циклом резервных копий, своевременно избавляясь от устаревших и создавая новые. 

Репликация данных

Процесс копирования данных с одного места (исходный сервер) в другое (целевой сервер) в реальном времени или по расписанию является репликацией данных. Цель репликации — обеспечить согласованность данных между источником и целью и повысить доступность данных. 

На первый взгляд может показаться, что резервирование и репликация означают одно и то же. Но это разные концепции, хотя они и связаны с обеспечением высокой доступности и защитой данных. В обоих случаях мы говорим о создании копий данных, но цели и методы репликации и резервирования различны. Репликация фокусируется на непрерывной доступности и балансировке нагрузки, а резервирование — на восстановлении после потери данных или сбоя системы. 

Преимущества репликации данных включают в себя: 

1. Повышение доступности данных: если один сервер выходит из строя, данные все еще доступны на репликационном сервере. 

2. Быстрое восстановление: в случае сбоя сервера вы можете быстро переключиться на репликационный сервер, минимизируя время простоя.

3. Оптимизация производительности IT-инфраструктуры: распределение нагрузки между несколькими серверами может снизить нагрузку на каждый из них и обеспечить более быстрый доступ к данным.

4. Поддержка удаленных местоположений: репликация позволяет пользователям в разных местах работать с локальной копией данных, что ускоряет время доступа и снижает зависимость от сетевых подключений.

Реализовать репликацию можно путем использования специализированного программного обеспечения, которое обеспечивает регулярное и автоматическое копирование данных с исходного сервера на целевой. Однако, вы должны учесть, что сложность реализации зависит от характера и объема данных, требуемого уровня согласованности и специфичности вашей IT-инфраструктуры. 

План восстановления после сбоев

Подлинная отказоустойчивость заключается не только в предотвращении отказов или сбоев. Конечно, превентивные меры важны, они помогают минимизировать риск и последствия сбоев, но не избавляют от них полностью. Поэтому следующим важным шагом в построении отказоустойчивой системы является способность пережить отказы с минимальными потерями, если они все-таки произошли.

Восстановление после сбоев (Disaster Recovery, DR) — это стратегия, которая включает в себя процедуры и политики для восстановления критических функций IT-системы после возникновения сбоя или катастрофы. 

Цель DR — минимизировать время простоя и предотвратить потерю данных. Весь процесс DR подразделяется на четыре этапа:

• оценка рисков и воздействия,
• разработка DR-плана,
• тестирование плана,
• реализация плана после возникновения сбоя. 

Важно осознавать, что план восстановления после сбоев должен быть уникален для каждого бизнеса, учитывая его специфику и особенности. В плане описываются действия, которые нужно предпринять, а также объясняется, как эти действия будут поддерживать бизнес-процессы. 

Существуют различные способы организации Disaster Recovery, среди которых:

1. On-premises стратегия: все процессы восстановления данных происходят с использованием оборудования, физически находящегося в офисе компании. Это традиционный подход, который в большинстве случаев подразумевает наличие оборудованной комнаты для хранения резервных копий.

2. Облачная стратегия: в этом случае для хранения данных и последующего восстановления используются облачные сервисы. Этот подход позволяет существенно сократить затраты на обслуживание дополнительного оборудования. 

3. Стратегия DRaas (Disaster Recovery as a Service): это вариант, когда процесс восстановления после аварии полностью передается сервис-провайдеру. Службы DRaaS обычно предоставляются на подписной основе и включают в себя резервное копирование и восстановление данных. 

Многие облачные провайдеры предлагают инструменты и решения для автоматизированного восстановления после сбоев. Например, Amazon Web Services предлагает сервис AWS Disaster Recovery, который позволяет быстро восстанавливать окружения и работу приложений, максимально сократив перерывы в работе.

Помимо этого, у автоматизированного восстановления есть ряд преимуществ, включая уменьшенное время простоя, минимизация ошибок человека, повышение эффективности и отказоустойчивости. За счет автоматизации можно восстанавливать системы быстрее и надежнее, сокращая возможные потери и нежелательные последствия. 

Выбор стратегии восстановления зависит от специфики бизнеса, финансовых возможностей и степени озабоченности вопросами безопасности IT-инфраструктуры. 

Мониторинг системы для контроля и управления отказоустойчивостью

Вы уже знаете о том, как важна редундантность для бесперебойной работы системы, как резервирование и репликация данных повышают надежность и как балансировщик нагрузки помогает распределить нагрузку эффективнее, увеличивая производительность. Это все ключевые элементы для создания отказоустойчивой системы, но без активного и продуманного мониторинга эти усилия могут оказаться недостаточными. 

Мониторинг — неотъемлемая часть поддержания функциональности и стабильности системы. Он выполняет функцию надзора за ее работой, постоянно контролируя различные показатели и метрики. Благодаря мониторингу IT-инфраструктуры вы можете отслеживать состояние систем, обеспечивать оперативность ответов на возможные ошибки и предотвращать множество проблем, прежде чем они повлияют на работу всей системы.

Мониторинг также обеспечивает отказоустойчивость всей IT-системы: 

1. Мониторинг производительности: отслеживание показателей работы системы позволяет заметить снижение производительности и своевременно реагировать, исправляя проблему, прежде чем она станет критической. 

2. Детектирование ошибок: системы мониторинга могут отслеживать ошибки и автоматически оповещать об их обнаружении. Это обеспечивает быструю реакцию и минимальные перерывы в работе системы.

3. Мониторинг безопасности: раннее обнаружение попыток взлома или других угроз для безопасности помогает быстро принять меры и защитить данные от утечки или повреждения. 

4. Прогнозирование: продвинутые системы мониторинга могут использовать собранные данные для прогнозирования будущего состояния системы.

5. Прозрачность: мониторинг обеспечивает прозрачность работы системы. Все изменения и инциденты документируются, что облегчает диагностику и устранение проблем. 

Наличие качественного мониторинга делает систему не просто отказоустойчивой, но и адаптивной. Мониторинг помогает поддерживать отказоустойчивость не только как статус, но и как процесс, требующий постоянной оценки и корректировки. 

Заключение

Надеемся, что после прочтения данной статьи вы получили представление о том, что такое отказоустойчивость и как ее можно обеспечить в вашей IT-инфраструктуре. Внедрение принципов отказоустойчивости может показаться сложной задачей, однако благодаря современным технологиям и различным подходам, описанным в этой статье, она становится вполне осуществимой.