トレンド解説 2023/04/01

フォールトトレランスとは？事例や目的を分かりやすく解説

コラム

この記事では、IT分野における「フォールトトレランス」のアプローチについて深く掘り下げています。情報システムの障害から事業の継続性を確保する重要な手段として、「フォールトトレランス」がどのように作用し、どのように実現されるのか、その効果と課題を解き明かします。

「フォールトトレランス」を分かりやすく解説

「フォールトトレランス」はITの世界でよく耳にする用語の一つで、直訳すると「故障に対する耐性」を意味します。英語では"Fault Tolerance"と表記します。

「フォールト（Fault）」は故障や不具合を指す言葉で、システムの一部分が機能しなくなる状況を指します。「トレランス（Tolerance）」は「寛容」という意味で、つまり「フォールトトレランス」はシステム全体が一部の故障に対して寛容であり、その結果として全体の機能を維持する能力を指す言葉となります。

例えば、あるWebサイトのサーバーが突然故障したとします。この時、別のバックアップサーバーが自動的にその役割を引き継ぎ、ユーザーに対するサービスが停止することなく続行される。これが「フォールトトレランス」の効果が体現した一例です。

「フォールトトレランス」の有用性は、ITシステムが予期せぬ問題や障害から回復し、サービスを続行するための保険のような役割を果たす点にあります。システムの信頼性を高めるためには欠かせない要素であり、その重要性はますます増しています。ただし、その実現には冗長なハードウェアやソフトウェア、定期的なメンテナンスなど、さまざまな課題があります。ただ、それでも、その労力はITシステムの安全性と信頼性を高めるためには必要不可欠な投資であると言えるでしょう。

「フォールトトレランス」が注目されている背景

「フォールトトレランス」が注目されるようになった背景は、社会のデジタル化とITシステムの複雑化、そしてビジネスの高速化という3つの潮流が関係します。

社会のデジタル化により、多くの企業や組織が日常業務をITシステムに依存するようになりました。この世界ではITシステムがダウンすると業務が停止し、大きな損害を受ける可能性があります。そのため、システムが一部の故障にも強く、常に稼働し続ける「フォールトトレランス」が重要なテーマとなりました。

次に、ITシステムの複雑化についてです。ネットワーク化、分散化が進む中で、障害ポイントの数が増えました。このため、システムの一部が故障した場合でも全体が停止しないような構造が求められるようになりました。

また、ビジネスの高速化という観点からも、「フォールトトレランス」は重要です。インターネットの普及により、世界中の人々が24時間365日、リアルタイムで情報を取得し、サービスを利用する時代となりました。企業は片時のダウンタイムも許されず、そのために高い「フォールトトレランス」を持つシステムが求められるようになりました。

これらの背景に加えて、個人情報保護法や金融機関のガイドラインなど、法令や規制による要求も「フォールトトレランス」の必要性を高めています。特に、金融や医療など、社会生活に直結する重要なサービスでは、システムの安全性や信頼性が求められるため、このアプローチは特に重要となります。

かつて「フォールトトレランス」が未成熟だった時代は、システムが故障した場合、その復旧までの間、サービスが停止してしまうという事態が頻発していました。これが企業の信頼を失墜させる結果となり、その結果、多大な経済的な損失を招くこともありました。

「フォールトトレランス」の注目は、現代社会のIT依存度の高まりと共に、その重要性が増してきたと言えます。

「フォールトトレランス」が関係する事例

「フォールトトレランス」という概念については、具体的にはどのような意味を持つのか、どのような事例でその重要性が現れるのかを具体的に理解するのは難しいかもしれません。以下に、フォールトトレランスが十分に機能していない場合、または十分に機能している場合の想定事例でご紹介します。。

【想定事例1：不十分なフォールトトレランスの問題】
A社は製造業を営んでおり、工場の運営には高度なITシステムが不可欠でした。しかし、システムには十分なフォールトトレランスがなく、ある日、一部のハードウェアが故障した際に、全体の生産ラインが停止してしまいました。その結果、工場の稼働が数時間も遅れ、大幅な出荷遅延と生産コストの増加を招く結果となりました。
【想定事例2：不十分なフォールトトレランスの問題】
B社は金融業界でビジネスを展開していましたが、ITシステムのフォールトトレランスが不十分だったため、一部のサーバーがダウンしたときに、取引システム全体が停止してしまいました。この事態により、顧客が取引を行えず、大きな信用損失と収益損失を被る結果となりました。
【想定事例3：不十分なフォールトトレランスの問題】
C社はオンラインショッピングサイトを運営していましたが、システムにフォールトトレランスが不十分だったため、一部のデータベースが故障した際に、サイト全体がアクセス不能になりました。ピーク時間のダウンタイムにより大量の注文機会を失い、結果的に売上げ機会の損失を招きました。
【想定事例4：フォールトトレランスが問題を回避】
D社は通信業界で事業を展開しており、システムのフォールトトレランスを高めるために、多重化されたシステム構成を採用していました。そのため、一部の設備が故障しても他の設備がその役割を引き継ぎ、サービス提供に支障が出ることはありませんでした。
【想定事例5：フォールトトレランスが問題を回避】
E社はオンラインゲームの開発会社で、高度なフォールトトレランスを持つクラウドサービスを利用していました。ある時、一部のサーバーが故障したものの、他のサーバーが自動的に負荷を引き受けることで、ユーザーは一切の影響を感じずにゲームを楽しむことができました。
【想定事例6：フォールトトレランスが問題を回避】
F社は大規模なデータセンターを運営しています。ハードウェアの故障は避けられないものと認識しており、多数の冗長性を備えたシステム設計を採用していました。そのため、一部のハードウェアが故障したときでも、他のハードウェアがすぐにその機能を引き継ぎ、データの安全性とアクセス可能性を維持することができました。

システムの故障は避けられない事実であり、その対策が重要なビジネス継続性の要素となります。想定事例の中にあった、業績に直接影響を及ぼす可能性のある製造業、金融業界、オンラインショッピングサイトなどでは、フォールトトレランスの確保は必須となります。通信業界やオンラインゲーム、データセンターのように、フォールトトレランスが高いことにより、ユーザーへの影響を最小限に抑えることができます。これらの事例をふまえて、各組織は自身のITシステムのフォールトトレランスを見直し、改善策を検討することが求められます。

「フォールトトレランス」の実現手法

ITシステムの安定性を高めるためのアプローチはさまざまありますが、その中でも代表的な手法として、「フェールセーフ」、「フェールソフト」、「フェールオーバー」、「フールプルーフ」の4つが挙げられます。それぞれの手法には、特有の特徴と役割があり、具体的には以下のようになります。

フェールセーフ（Fail-Safe）

「Fail-Safe」は英語で、「故障しても安全」という意味を持つ言葉です。フェールセーフとは、システムが何らかの理由で故障した場合でも、そのシステムが安全な状態を維持するような設計を指します。これは、万が一システムに何らかの障害が発生した場合でも、危険な状態にならないようにする考え方です。

例えば、電力供給が突然途絶えた場合でも安全に停止するエレベーターや、信号機の停電時には全ての方向を赤にする交通信号機などが該当します。

フェールソフト（Fail-Soft）

「Fail-Soft」は、「柔らかく故障する」という意味合いを持ちます。フェールソフトとは、システム全体が故障しないように、一部の機能だけが停止または限定されるような設計を指します。

例としては、銀行のATMが混雑しているときに一部のサービスを制限することでシステム全体の稼働を維持したり、電車の遅延情報など一部の情報が取得できなくても、その他の情報は通常通り表示される情報表示板などがあります。

これらのアプローチは、システムに予期せぬ事態が発生したときでも、事態を最小限に抑えて安全性を確保するために考えられたものです。

フェールオーバー（Failover）

「Failover」は英語で「切り替える」を意味します。フェールオーバーはシステムの一部が故障した場合、自動的に別のシステムや機器に切り替えて稼働を続けることを指します。これにより、システム全体のダウンタイムを最小限に抑えることが可能となります。

具体的な例としては、ウェブサーバーがダウンした際に自動的にバックアップサーバーに切り替わるシステムや、データセンターが一部停電した際に予備の電源が自動的に作動する電源供給システムなどが挙げられます。

フールプルーフ（Foolproof）

「Foolproof」は英語で「間違いが出ないようにする」という意味があります。フールプルーフは誤操作による問題を防ぐため、あえて操作を制限することで安全性を確保する設計を指します。このアプローチは、操作者のミスを未然に防ぐための考え方で、間違った操作を物理的に不可能にする設計が特徴です。

例えば、USB接続は一方向にしか挿入できない設計、車のAT車ではブレーキを踏まないとシフトレバーが動かせない安全装置などがフールプルーフの一例として挙げられます。

これら4つのアプローチは、それぞれ異なる観点からシステムの信頼性と安全性を確保するためのもので、適切に組み合わせて用いることでシステム全体のフォールトトレランスを向上させることができます。

上記の4つのアプローチに加えて、さまざまな手法があります。例えば、レプリケーション（データの複製）、ディスクミラーリング（ディスクの内容を別のディスクにリアルタイムで複製する）、負荷分散（リクエストやタスクを複数のシステムに分散して処理する）などがあります。これらはそれぞれ異なるシーンや目的で用いられ、一部が故障した際にも全体のシステムが停止しないような安定した運用を実現します。

「フォールトトレランス」のメリット・目的

フォールトトレランスのアプローチには、数多くのメリットがあります。

その最大の利点は、何よりも「安全性」の向上です。具体的には、フォールトトレランスによりシステムが一部故障しても全体の運用に影響を及ぼさないという、極めて高い可用性を提供します。これは、ユーザーにとってはサービスが途切れることなく利用でき、ビジネスの観点からもサービス提供の信頼性を高めることにつながります。

また、セキュリティ面でもメリットがあります。システムに何らかの障害が生じたとき、それが外部からの攻撃であった場合でも、フォールトトレランスによってシステム全体のダウンを防ぐことが可能となります。これにより、攻撃者に対する防御能力を向上させ、組織の情報資産を守ることができます。

さらに、コスト面でも効果が期待できます。一見すると、冗長な設計や機器の追加投資など、初期投資が増える可能性がありますが、長期的に見れば、障害からの復旧コストや、障害時に発生する潜在的なビジネスロスを大幅に軽減することが可能です。つまり、予防投資としての側面が強いのです。

経営面で考えると、ビジネスの継続性が保証され、企業のブランド価値や信頼性を損なう事態を防ぐことができます。これは、顧客満足度の向上や、企業の社会的信頼性を高める上でも重要な要素となります。

しかし、フォールトトレランスを実現するための具体的な手法や戦略は、システムの規模や目的、予算などにより大きく異なる場合があります。そのため、これらのメリットを最大限に引き出すためには、組織の特性やニーズに合わせた最適なアプローチを選択することが重要となります。

「フォールトトレランス」のデメリット・注意点

フォールトトレランスのアプローチを採用することのデメリットについて、詳しく考察していきましょう。

初めに取り上げられるのが「コスト」の問題です。高度な冗長性を確保するためには、通常よりも多くの機器やソフトウェアが必要となり、その結果、設備投資や保守・運用のコストが高まる可能性があります。しかし、これらのコストを軽減する手段としては、クラウドサービスの活用が挙げられます。クラウドサービスでは、需要に応じてリソースをスケールアップ・ダウンすることが可能で、初期投資や運用コストを抑えることができます。

「システムの複雑性」も重要な課題もあります。冗長設計やスイッチオーバーのプロセスにより、システムの運用が複雑化し、エンジニアのスキルや経験が求められる場合があります。その対策としては、システムの設計から運用までを簡潔にし、運用を自動化するツールやソフトウェアを導入することで、管理の難易度を下げることが可能です。

また、システム全体の冗長化により、「セキュリティ」の対策を必要とするポイント（機器・システム数）が増加しました。これら全てにセキュリティ対策を徹底する必要があります。具体的には、最新のセキュリティパッチの適用、ファイアウォールの設定、定期的な脆弱性診断など、各部分のセキュリティ対策を万全にすることが求められます。

これらのデメリットと対策を理解することで、より効果的なフォールトトレランスのアプローチが可能になります。