単一障害点

単一障害点（SPOF）とは、システムにおいて、その箇所が機能停止するとシステム全体が利用できなくなる、ただ一つの構成要素を指します。これは、情報システム工学、通信、サプライチェーン管理など、多岐にわたる分野で重要な概念です。単一故障点とも訳されます。

高い可用性が求められるシステムでは、単一障害点がシステムの致命的な弱点となります。システム全体を構成する要素のうち、どれか一つでも故障すると、システム全体が停止してしまうからです。このため、各構成要素を冗長化（二重化や三重化）し、単一障害点が存在しないようにシステムを設計することが重要になります。

- RAIDアダプター: ハードディスクをRAIDで冗長化しても、RAIDアダプターが一つしかない場合、アダプターの故障がシステム全体の停止を引き起こします。
- RAIDコントローラ: 二重化されたディスク装置であっても、ファームウェアの障害や筐体自体の故障がシステム全体を停止させることがあります。
- データ: ディスク装置のハードウェアを冗長化しても、ソフトウェアの障害によるデータ破損時には、バックアップデータがなければ復旧できません。
- クラスタリングソフトウェア: コンピュータクラスタでは、クラスタリング用ソフトウェア自体が単一障害点となる可能性があります。
- 分電盤: 電源装置を二重化しても、その先の分電盤が一つであれば、分電盤の故障が全体に影響を及ぼします。
- ソフトウェアのバグ: 完璧なソフトウェアテストは存在しないため、バグが潜んでいる可能性は常にあります。そのため、同じ要求仕様に基づいた複数のソフトウェアを作成し、それらが同じ動作をする場合のみ実行させることで、単一障害点を回避することがあります。

過剰な冗長化や多重化は、コスト増加だけでなく、システムの部品数や複雑性を増大させ、結果として部品の故障率や設計・検証・運用のリスクを高める可能性があります。単一障害点の解消は、業務への影響度を考慮し、費用対効果やリスクマネジメントを総合的に判断して行う必要があります。

コンピューティングの分野では、内部コンポーネント、システムレベル（複数のマシンを使用）、拠点レベル（レプリケーションによる）で冗長化を実現できます。

サーバークラスタでは、システムレベルでの高可用性を確保するためにロードバランサーが使用されます。ロードバランサーは、トラフィックを複数のサーバーに分散させることで、一つのサーバーが故障した場合でも、他のサーバーが処理を継続できるようにします。

高可用性を持つサーバークラスタでは、複数の電源装置、ハードドライブ、その他のコンポーネントを使用することで、各サーバー自体が内部コンポーネントの冗長性を持ちます。また、システムレベルでの冗長性は、あるサーバーが故障した際に、別の予備サーバーが処理を引き継ぐことで実現できます。

データセンター自体も単一障害点となる可能性があります。そのため、拠点レベルでの冗長性を確保するため、データセンター全体を別の場所に複製する必要があります。これは、IT災害復旧プログラムの一環として行われることが多いです。

パケットスイッチング技術は、単一障害点が存在しないように設計されています。ネットワーク上のどの2点間にも複数の経路が存在するため、一つまたは複数の中間ノードが故障しても、互いに通信を続けることができます。

単一障害点を回避するためのネットワークプロトコル:

単一障害点の概念は、サプライチェーン管理や交通管理など、工学、コンピュータ、ネットワーク以外の分野でも応用されています。

単一障害点が生まれる構造設計には、ボトルネックや直列回路があります。

- Nipigon River Bridge: 東カナダと西カナダ間の交通が完全に遮断された事例です。この橋が唯一の道路であったため、橋の損傷が交通を麻痺させました。
- Norwalk River Railroad Bridge: 開閉時に渋滞を引き起こす老朽化した旋回橋で、鉄道の運行に支障をきたしています。

情報源が一つしかない場合、その情報が間違っていると、全体が誤った判断につながる危険性があります。

単一障害点の概念は、システム全体の可用性と信頼性を高める上で非常に重要です。システム設計においては、単一障害点を排除し、冗長化を適切に行うことが不可欠です。しかし、過剰な冗長化はコスト増を招くため、リスク管理と費用対効果のバランスを考慮した対策が必要です。

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