Rechner für zusammengesetzte Verfügbarkeit
Eingaben
| Anordnung | Reihe |
|---|---|
| Komponenten | Zwei |
| Komponente 1 | 99,9 % |
| Komponente 2 | 99,9 % |
| Komponente 3 | 99,9 % |
Rechner für zusammengesetzte Verfügbarkeit
Kombinieren Sie die Verfügbarkeit von zwei oder drei Komponenten in Reihe oder parallel (redundant) mithilfe von Zuverlässigkeitsblockdiagrammen. Sie erhalten die Gesamtverfügbarkeit des Systems und die daraus folgende Ausfallzeit pro Jahr.
Eingaben
Verfügbarkeit der Komponenten
Ergebnisse
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Systemverfügbarkeit
Erwartete Ausfallzeit
Zusammengesetzte Verfügbarkeit
Verfügbarkeit ist der langfristige Zeitanteil, in dem eine Komponente betriebsbereit ist. Ein einzelner Server, eine Verbindung oder ein Dienst hat seine eigene Verfügbarkeit – oft in „Neunen" angegeben, etwa 99,9 % (drei Neunen). Reale Systeme bestehen jedoch aus vielen solcher Teile, und die Verfügbarkeit, die Nutzer tatsächlich erleben, hängt davon ab, wie diese Teile miteinander verschaltet sind. Die zusammengesetzte Verfügbarkeit ist die Verfügbarkeit des Gesamtsystems, berechnet aus der Verfügbarkeit jeder Komponente und der Topologie des Zuverlässigkeitsblockdiagramms, das sie verbindet.
Zwei Anordnungen decken die meisten Fälle ab. In Reihe muss jede Komponente funktionieren, damit das System funktioniert. Parallel sind die Komponenten redundant: Eine einzige von ihnen hält das System am Laufen. Reihenanordnungen mindern die Verfügbarkeit, Parallelanordnungen bauen sie auf. Dieser Rechner kombiniert zwei oder drei Komponenten in beiden Anordnungen und gibt die zusammengesetzte Verfügbarkeit zusammen mit der daraus folgenden Ausfallzeit pro Jahr aus.
Formel
Jede Komponente habe die Verfügbarkeit , eine Zahl zwischen 0 und 1.
Für Komponenten in Reihe ist das System nur verfügbar, wenn alle verfügbar sind. Unter der Annahme unabhängiger Ausfälle werden die Verfügbarkeiten multipliziert:
A=i∏Ai=A1×A2×⋯Das Ergebnis liegt stets unter der am wenigsten verfügbaren Komponente – jedes zusätzliche Teil in Reihe ist eine weitere mögliche Fehlerquelle.
Für Komponenten in Parallel (redundant) ist das System nur nicht verfügbar, wenn alle Pfade gleichzeitig ausfallen. Es ist einfacher, mit der Nichtverfügbarkeit jedes Teils zu rechnen, denn diese müssen alle zusammentreffen:
A=1−i∏(1−Ai)=1−(1−A1)(1−A2)⋯Das Ergebnis liegt stets über der besten Komponente, weil eine redundante Kopie eine ausgefallene abdecken kann.
Ist die zusammengesetzte Verfügbarkeit bekannt, so ist die erwartete Ausfallzeit über ein Jahr der nicht verfügbare Anteil, multipliziert mit der Länge eines Jahres:
DJahr=(1−A)×525,600 min=(1−A)×8,760 hRechenbeispiel
Nehmen wir zwei Komponenten mit je 99,9 % Verfügbarkeit () und kombinieren sie auf beide Arten.
In Reihe:
A=A1×A2=0,999×0,999=0,998001=99,8001%Die beiden Komponenten in Reihe zu schalten senkt die Verfügbarkeit von 99,9 % auf 99,8 % und verdoppelt die erwartete Ausfallzeit ungefähr. Das System ist nun etwa 17,5 Stunden im Jahr nicht verfügbar.
In Parallel:
A=1−(1−A1)(1−A2)=1−(0,001)(0,001)=1−0,000001=99,9999%Die beiden Komponenten redundant zu machen hebt die Verfügbarkeit von drei Neunen auf sechs und verkürzt die erwartete Ausfallzeit von Stunden auf etwa eine halbe Minute im Jahr. Dieselben zwei Teile, anders angeordnet, unterscheiden sich in der Ausfallzeit um etwa den Faktor 2.000.
Reihe entfernt Neunen, Parallel fügt sie hinzu
Weil sich Verfügbarkeiten in Reihe multiplizieren, entfernt das Aneinanderreihen von Komponenten stetig Neunen. Zehn identische Dienste mit 99,9 % in einer einzigen Reihenkette ergeben – die Kette ist auf etwa zwei Neunen gefallen, obwohl jedes Glied bei drei liegt. Deshalb kann ein Anfragepfad, der viele Dienste berührt, weit weniger zuverlässig sein als jeder einzelne Dienst darauf.
Redundanz wirkt in die entgegengesetzte Richtung. Jede parallele Kopie multipliziert die ohnehin kleine Nichtverfügbarkeit mit einer weiteren kleinen Zahl, sodass sich Neunen rasch anhäufen:
| Redundante Kopien (je 99,9 %) | Systemverfügbarkeit | Ausfallzeit pro Jahr |
|---|---|---|
| 1 | 99,9 % | ~8,76 Stunden |
| 2 | 99,9999 % | ~31,5 Sekunden |
| 3 | 99,9999999 % | ~0,03 Sekunden |
Dieser steile Anstieg ist der zentrale Reiz redundanten Designs: Verdoppelt man die Hardware, werden aus drei Neunen sechs.
Neunen und Ausfallzeit
Die Angabe der Ausfallzeit pro Jahr ist meist die anschaulichste Art, eine Verfügbarkeitszahl zu lesen. Jede zusätzliche Neun verringert die zulässige Ausfallzeit etwa um den Faktor zehn:
| Verfügbarkeit | Ausfallzeit pro Jahr |
|---|---|
| 99 % (zwei Neunen) | ~3,65 Tage |
| 99,9 % (drei Neunen) | ~8,76 Stunden |
| 99,99 % (vier Neunen) | ~52,6 Minuten |
| 99,999 % (fünf Neunen) | ~5,26 Minuten |
| 99,9999 % (sechs Neunen) | ~31,5 Sekunden |
Komponenten in Reihe zu kombinieren bewegt sich in dieser Tabelle nach unten; parallele Redundanz hinzuzufügen nach oben.
Annahmen und Grenzen
Die Multiplikationsregeln setzen voraus, dass Komponentenausfälle unabhängig sind – dass der Ausfall eines Teils einen anderen nicht wahrscheinlicher macht. Redundanz liefert ihren dramatischen Gewinn nur, wenn die Kopien wirklich unabhängig ausfallen. Gemeinsame Stromversorgung, ein gemeinsames Netzwerk, ein einzelner Load Balancer vor einem redundanten Paar oder ein Softwarefehler in jeder Kopie führen allesamt korrelierte Ausfälle ein, die die einfache Formel nicht erfasst; die reale Verfügbarkeit eines solchen Systems ist niedriger, als das Parallelergebnis vermuten lässt.
Die Berechnung behandelt Verfügbarkeit außerdem als stabilen Langzeitmittelwert und ignoriert Reparaturzeit, Failover-Verzögerung und geplante Wartungsfenster, sofern diese nicht bereits in die Verfügbarkeitszahl jeder Komponente eingeflossen sind. Für eine erste Abschätzung, wie sich eine Anordnung von Komponenten verhält, sind die Reihen- und Parallelregeln jedoch die üblichen Werkzeuge, und sie machen den Kompromiss zwischen zusätzlichen Teilen und zusätzlicher Redundanz gut sichtbar.
Die Ausfallzahlen hinter einem einzelnen Verfügbarkeitsziel finden Sie unter Verfügbarkeits-Rechner (SLA).
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist zusammengesetzte Verfügbarkeit?
Die zusammengesetzte Verfügbarkeit ist die Verfügbarkeit eines Systems, das aus mehreren Komponenten besteht. Sie ergibt sich aus der Verfügbarkeit jedes Teils und der Art seiner Anordnung. Verfügbarkeit ist der langfristige Zeitanteil, in dem eine Komponente betriebsbereit ist – 99,9 % Verfügbarkeit bedeutet, dass die Komponente 99,9 % der Zeit läuft. Ein Zuverlässigkeitsblockdiagramm stellt das System als Blöcke dar, die in Reihe, parallel oder gemischt verbunden sind, und die zusammengesetzte Verfügbarkeit folgt aus der Kombination dieser Blöcke.
Worin unterscheiden sich Reihe und Parallelschaltung?
Bei einer Reihenanordnung muss jede Komponente funktionieren, damit das System funktioniert; ein Ausfall an einer beliebigen Stelle legt das ganze System lahm. Die Verfügbarkeiten werden multipliziert, und das Ergebnis liegt stets unter der schwächsten Komponente. Bei einer parallelen (redundanten) Anordnung sichern sich die Komponenten gegenseitig ab: Das System bleibt in Betrieb, solange mindestens ein Pfad funktioniert, und fällt nur aus, wenn alle gleichzeitig ausfallen. Dort werden die Nichtverfügbarkeiten – die Terme 1 − A – multipliziert, sodass das Ergebnis höher liegt als die beste Komponente.
Warum verbessert Redundanz die Verfügbarkeit so stark?
Weil unabhängige Ausfälle selten zusammenfallen. Ist eine Komponente 0,1 % der Zeit ausgefallen, so sind zwei identische Komponenten parallel nur 0,1 % × 0,1 % = 0,0001 % der Zeit gleichzeitig ausgefallen – aus drei Neunen werden sechs. Jede redundante Kopie multipliziert die ohnehin kleine Nichtverfügbarkeit mit einer weiteren kleinen Zahl, sodass die Verfügbarkeit steil ansteigt. Der Gewinn setzt voraus, dass die Komponenten unabhängig ausfallen; gemeinsame Stromversorgung, eine gemeinsame Abhängigkeit oder ein einzelner Schalter vor dem Paar führen korrelierte Ausfälle ein, die Redundanz nicht beseitigen kann.
Wie hängen die „Neunen" mit der Ausfallzeit zusammen?
Jede zusätzliche Neun verringert die zulässige Ausfallzeit etwa um den Faktor zehn. Zwei Neunen (99 %) erlauben rund 3,65 Tage Ausfall pro Jahr; drei Neunen (99,9 %) etwa 8,76 Stunden; vier Neunen (99,99 %) etwa 52,6 Minuten; fünf Neunen (99,999 %) etwa 5,26 Minuten. Das Kombinieren in Reihe nimmt Neunen weg, während zusätzliche Redundanz parallel sie zurückbringt. Deshalb ist die Angabe der Ausfallzeit pro Jahr oft die anschaulichste Art, ein Ergebnis der zusammengesetzten Verfügbarkeit zu lesen.
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