افزونگی
زمان تخمینی مطالعه: 17 دقیقه
افزونگی N+1 به معنای افزودن یک واحد (N) اضافی به یک زیرساخت است. به طوری که در صورت خرابی یک قطعه، نسخه پشتیبان یا ثانویه بتواند فعالیتهای نسخه اصلی را تا زمان برطرف کردن مشکل یا اضافه کردن واحد دوم بر عهده بگیرد. به بیان دقیقتر، قطعه دوم به صورت خودکار و بدون ایجاد اختلال در کارکرد سیستم، جایگزین واحد از مدار خارج شده میشود. به بیان دقیقتر، مفهوم N+1 در اصل به این معنا است که سیستم برای تامین پایداری و قابلیت اطمینان بیشتر، علاوه بر تعداد واحدهای اصلی (N) مورد نیاز، یک واحد اضافی نیز در اختیار دارد. این واحد اضافی به عنوان یک نسخه پشتیبان آماده به کار است و در صورت نیاز به تعمیر و یا تعویض یکی از واحدهای اصلی، به طور خودکار و بدون توقف سیستم فعال میشود. این ویژگی در بسیاری از سیستمهای حساس، مانند سرورهای داده، سیستمهای تهویه مطبوع، شبکههای ارتباطی و سیستمهای نیروی برق استفاده میشود. با داشتن قابلیت افزونگی N+1، امکان ارائه خدمات بدون اختلال و دستیابی به بالاترین سطح از پایداری وجود دارد و احتمال توقف کلی سیستم به دلیل خرابی یک واحد کاهش پیدا میکند.
قابلیت افزونگی N+1 در مرکز داده چیست؟
اولین موردی که باید در ابتدا به آن اشاره داشته باشیم حرف N است. یک مرکز داده N، پاسخگوی نیازهای زیرساختی و تاسیساتی همچون برق، سرمایش و غیره است و تجهیزات موجود در سطح عملیاتی مطلوبی قرار دارند، اما قادر به پاسخگویی به نیازهای فراتر از انتظار نیستند. به بیان دیگر، مراکز داده N بدون افزونگی در صورت بروز نقص فنی در زیرساخت و تاسیسات، از دسترس خارج شده و سرویسدهی با اختلال روبرو میشود، زیرا در این مراکز هیچ راهکار جایگزین و مطمئنی برای شرایط بحرانی تعریف نشده است. افزونگی N+1 در مرکز داده همان تعریفی را دارد که پیشتر به آن اشاره کردیم و به معنای افزودن تجهیزات زیرساختی به مرکز داده است. به طوری که ما دستکم از تجهیزاتی مثل سرورها، استوریجها، سوییچها و غیره یک نسخه دیگر نیز داریم که مانع از آن میشوند تا خدمترسانی مرکز داده با مشکل روبهرو شود.
این قابلیت در مرکز دادهها بسیار اهمیت دارد، زیرا هر توقف یا اختلال در عملکرد سرویسها میتواند ضرورهای اقتصادی زیادی به همراه داشته باشد. با داشتن قابلیت افزونگی N+1، مرکز داده قادر است به طور پیوسته و بدون اختلال، خدمات را ارائه دهد و در صورت نیاز به تعمیر یا تعویض تجهیزات اصلی، واحد پشتیبان به صورت خودکار و بلافاصله جایگزین شود. به طور معمول، این قابلیت در ارتباط با تجهیزات مهمی مثل سرورها، روترها، سوییچها، تجهیزات تهویه و سیستمهای برق انجام میشود. همچنین، تجهیزات تامین برق پشتیبان (UPS)، ژنراتورها، سیستمهای خنککننده و شبکههای ارتباطی نیز میتوانند از قابلیت افزونگی N+1 برخوردار باشند. این قابلیت به مرکز داده امکان میدهد در مواقع بحرانی و خطرات احتمالی، همچون خرابی تجهیزات، قطعی برق یا مشکلات ارتباطی، عملکرد پایدار و بدون اختلال ارائه دهد.
انواع افزونگی در مرکز داده
در مرکز داده، انواع مختلفی از افزونگی قابل استفاده است که از مهمترین آنها به موارد زیر باید اشاره کرد.
افزونگی N+1
همانگونه که پیشتر اشاره کردیم، افزونگی به معنای داشتن یک واحد پشتیبان به عنوان رزرو برای هر N واحد اصلی است. این قابلیت از آنجایی که در صورت خرابی واحد اصلی، فعال میشود، امکان ادامه عملکرد سرویسها بدون اختلال را فراهم میکند. لازم به توضیح است که سرمایه مورد نیاز برای طراحی و پیادهسازی یک مرکز داده مبتنی بر افزونگی N+1 زیاد است. به طور مثال، برخی شرکتها میتوانند هزینه یک عدد دیزل ژنراتور را متقبل شوند، اما نه دو ژنراتور زیاد است. همچنین، نگهداری و نظارت مستمر بر تاسیسات نیازمند استخدام نیروهای متخصص و خبره است که هزینه تمام شده پیادهسازی چنین مرکزی را بیشتر میکنند.
افزونگی 2N
در این نوع افزونگی، برای هر واحد اصلی، یک واحد پشتیبان کامل وجود دارد. به عبارت دیگر، تمام تجهیزات و سیستمها در دو نسخه مستقل وجود دارند که هر کدام میتوانند به صورت کامل کار کنند. این قابلیت از آنجایی که دو سیستم کامل به صورت موازی وجود دارند، امکان ارائه خدمات بدون اختلال در هر صورت خرابی را فراهم میکند. در افزونگی 2N، واحدهای اصلی و پشتیبان به صورت موازی و مستقل از هم عمل میکنند. هر واحد پشتیبان به طور مداوم با واحد اصلی همگام میشود و اطلاعات و وضعیت سیستم را بهروز نگه میدارد. در صورت خرابی یک واحد اصلی، واحد پشتیبان بدون اختلال به عنوان جایگزین کار را ادامه میدهد. این نوع افزونگی اطمینان بیشتری در برابر خرابی و اختلالات فراهم میکند، زیرا هر واحد به تنهایی قادر به ارائه خدمات است. با استفاده از افزونگی 2N، مرکز داده در صورت خرابی یک واحد اصلی، همچنان قادر به ارائه خدمات به مشتریان است و هیچ اختلالی در عملکرد سرویسها رخ نمیدهد. این قابلیت از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا به صورت موازی دو سیستم کامل در حال اجرا قرار دارند و هر تغییر، تعمیر و نگهداری میتواند بدون توقف سرویسها انجام شود.
افزونگی N+M
افزونگی N+M در مرکز داده به معنای داشتن N واحد اصلی و M واحد پشتیبان است. این روش افزونگی برای افزایش امنیت و اطمینان در مرکز داده استفاده میشود. در افزونگی N+M، تعداد N واحد اصلی در حال اجرا قرار دارند و تعداد M واحد پشتیبان در حال آمادهباش برای فعالیت در صورت خرابی واحدهای اصلی است. واحدهای اصلی و پشتیبان به صورت موازی و مستقل از هم عمل میکنند. هر واحد پشتیبان به شکل یکپارچه به واحد اصلی متصل است و اطلاعات و وضعیت سیستم را بهروز نگه میدارد. در صورت خرابی یک واحد اصلی، یکی از واحدهای پشتیبان سریعا و بدون اختلال به عنوان جایگزین فعالیت را ادامه میدهد. به عبارت دیگر، اگر یک واحد اصلی خراب شود، یکی از واحدهای پشتیبان جایگزین میشود تا عملکرد مرکز داده متوقف نشود. با استفاده از افزونگی N+M، مرکز داده به صورت موازی و با ظرفیت بیشتر عمل میکند. این روش به توزیع بار بین واحدها نیز کمک میکند و در نتیجه عملکرد بهتر و قابلیت اطمینان بیشتری در برابر خرابی فراهم میکند. مزیت روش فوق این است که میتوان بیش از یک واحد پشتیبان را در نظر گرفت، بنابراین اگر یک واحد اصلی و همچنین نسخه پشتیبان خراب شود، بازهم تجهیزات دیگری وجود دارند که فعالیتها را ادامه دهند. رویکرد فوق باعث میشود تا امکان تعمیر و نگهداری واحدها بدون توقف سرویسها وجود داشته باشد و مرکز داده در دسترس برای مشتریان باقی بماند.
افزونگی Hot Standby
افزونگی Hot Standby به معنای داشتن یک واحد پشتیبان فعال در حالت آمادهباش برای جایگزینی فوری در صورت خرابی واحد اصلی است. در این حالت، واحد پشتیبان به طور مداوم با واحد اصلی همگام میشود و اطلاعات و وضعیت سیستم را بهروز نگه میدارد تا بتواند به سرعت و بدون توقف عملکرد وظایف و سرویسهای واحد اصلی را به عهده بگیرد. واحد پشتیبان در حالت Hot Standby به شکل مستمر اقدام به همگامسازی اطلاعات با واحد اصلی میکند. بنابراین، تمامی تغییرات و عملیات صورت گرفته در واحد اصلی (مانند ذخیره و بازیابی دادهها، پردازش تراکنشها و غیره) به واحد پشتیبان منتقل میشود تا در صورت خرابی واحد اصلی، واحد پشتیبان بتواند تمام وظایف را به صورت سریع و بدون اختلال از واحد اصلی بهدست بگیرد. از ویژگیهای مهم افزونگی Hot Standby میتوان به تسریع در جایگزینی و فعالسازی واحد پشتیبان اشاره کرد. زمانی که واحد اصلی خراب میشود، واحد پشتیبان به سرعت فعال میشود. رویکرد فوق باعث میشود توقف سرویسها به حداقل برسد و کاربران متوجه خرابی نشوند. افزونگی Hot Standby به عنوان یکی از راهکاری موثر در افزایش امنیت و اطمینان در مرکز داده شناخته میشود. با داشتن یک واحد پشتیبان فعال و آماده به کار، ریسک خرابی سرویس و توقف به حداقل ممکن میرسد.
چه تفاوتی میان N-1 و N+1 وجود دارد؟
در دنیای مراکز داده، اصطلاحات N-1 و N+1 به روشهای مختلف تامین امنیت و قابلیت اطمینان سیستمها در برابر خرابی اشاره دارند. این اصطلاحات بر اساس تعداد واحدهای پشتیبانی در مقایسه با واحدهای اصلی تعریف میشوند. تفاوتهای اصلی این دو پارادایم به شرح زیر هستند:
N-1: در روش N-1، تعداد N واحد اصلی در حال اجرا قرار دارند و یک واحد پشتیبان آمادهباش برای جایگزینی سریع در صورت خرابی واحدهای اصلی وجود دارد. به این معنی که برای هر N واحد اصلی، یک واحد پشتیبان وجود دارد. در صورتی که یک واحد اصلی خراب شود، واحد پشتیبان جایگزین به سرعت به مدار وارد میشود تا سرویسدهی ادامه پیدا کند. این روش به معنای داشتن یک سطح پشتیبانی کافی برای جبران خرابی یک واحد اصلی است.
N+1: در روش N+1، تعداد N واحد اصلی در حال اجرا قرار دارند و یک واحد پشتیبان فعال برای جایگزینی وجود دارد و همچنین برای هر N واحد اصلی، یک واحد پشتیبان فعال نیز وجود دارد. در معماری فوق واحد پشتیبان در حال فعالیت است و به طور مداوم با واحدهای اصلی همگام میشود و اطلاعات و وضعیت سیستم را بهروز نگه میدارد. در صورت خرابی یک واحد اصلی، واحد پشتیبان فعالیت را به عهده میگیرد و به عملکرد وظایف مرتبط ادامه میدهد.
تعداد واحدهای پشتیبان: در روش N-1، فقط یک واحد پشتیبان آمادهباش برای هر N واحد اصلی وجود دارد. در روش N+1، یک واحد پشتیبان فعال و آمادهباش برای هر N واحد اصلی وجود دارد.
وضعیت واحدهای پشتیبان: در روش N-1، واحد پشتیبان در حالت آمادهباش است و نیاز به فعالسازی دارد در صورت خرابی واحد اصلی. در روش N+1، واحد پشتیبان فعال است و به طور مداوم با واحدهای اصلی همگام میشود.
زمان فعالسازی واحد پشتیبان: در روش N-1، زمانی که واحد اصلی خراب شود، واحد پشتیبان باید فعال شود که ممکن است زمانبر باشد. در روش N+1، واحد پشتیبان در حالت فعالیت است و بلافاصله به عنوان جایگزین واحد اصلی خراب فعال میشود.
تفاوت اصلی بین N-1 و N+1 در این است که در روش N+1، واحد پشتیبان فعال است که بلافاصله جایگزین واحد اصلی خراب میشود، در حالی که در N-1 واحد پشتیبان در حالت آمادهباش است و نیاز به زمانی برای فعالسازی دارد. هر دو روش N-1 و N+1 به منظور افزایش امنیت و توانایی اطمینان در مرکز داده استفاده میشوند، اما با توجه به نیازهای مختلف و سطح اهمیت سیستمها، باید روش مناسب انتخاب شود. در هر دو روش N-1 و N+1، هدف اصلی تضمین اطمینانپذیری و پایداری سیستم است.
افزونگی 2N+1
افزونگی 2N+1 استراتژی کارآمد دیگری در سیستمهای فناوری اطلاعات است. این استراتژی با هدف تضمین دسترسپذیری و جلوگیری از قطعی مورد استفاده قرار میگیرد. به عبارت دیگر، 2N+1 به این معنی است که برای پاسخگویی به نیازهای روبه رشد و ترافیک بیشتر، سیستم باید دارای دو برابر منابع موجود به علاوه یک منبع اضافی در اختیار داشته باشد. این منبع اضافی به عنوان یک منبع پشتیبان (backup) عمل میکند و در صورت خرابی یکی از منابع اصلی، میتواند جایگزین شود. افزونگی 2N+1 به منظور افزایش امنیت، قابلیت تحمل خطا و پایداری در سیستمها استفاده میشود. با این استراتژی، هرگونه خرابی منابع میتواند توسط منبع پشتیبان جبران شود و سیستم به طور پیوسته و بدون قطعی در دسترس باقی میماند.
مثالی از این استراتژی در سرورهای دیتابیس است. به عنوان مثال، اگر در حال حاضر 10 سرور دیتابیس در حال اجرا باشند، برای افزایش افزونگی با استفاده از استراتژی 2N+1، باید 21 سرور دیتابیس (2 × 10 + 1) را در نظر بگیریم. این حرف به معنی داشتن 20 سرور اصلی و 1 سرور پشتیبان است. این منابع اضافی میتوانند به صورت فیزیکی یا مجازی پیادهسازی شوند. بهکارگیری افزونگی 2N+1 در سیستمهای بزرگ و حساس، ضروری است، زیرا انعطافپذیری بالا و توانایی تحمل خطا و قطعی را به مرکز داده میدهد. با این روش، مرکز داده قادر خواهد بود به صورت پویا و به شکل روانی به نیازهای کاربران پاسخ دهد.
افزونگی Hot Standby و cold Standby چه تفاوتی دارند؟
افزونگی Hot Standby و Cold Standby دو روش مختلف برای پشتیبانی از تجهیزات در مراکز داده هستند. تفاوت اصلی بین این دو روش در وضعیت و آمادگی واحدهای پشتیبان است. از مهمترین تفاوتهای افزونگی Hot Standby و Cold Standby به موارد زیر باید اشاره کرد.
Hot Standby: در این روش، واحدهای پشتیبان به طور مداوم با واحدهای اصلی همگام میشوند و بهروزرسانی مستمری از اطلاعات دریافت میکنند. واحدهای پشتیبان در حالت فعالیت هستند و به طور مداوم سرویسهای مرتبط را ارائه میدهند. در صورتی که واحد اصلی خراب شود، واحد پشتیبان به طور فوری و بیدرنگ جایگزین واحد اصلی میشود تا خدمترسانی متوقف نشود. این روش معمولا برای سیستمهایی استفاده میشود که نیازمندیهای بالایی در ارتباط با قابلیت اطمینان و دسترسپذیری دارند.
Cold Standby: در این روش، واحدهای پشتیبان در حالت آمادهباش قرار دارند و منتظر هستند تا در صورت خرابی واحد اصلی، فعال شوند. واحدهای پشتیبان به طور منظم بهروزرسانی نمیشوند و اطلاعات و وضعیت سیستم را بهروز نگه نمیدارند. در صورت خرابی واحد اصلی، واحد پشتیبان باید به طور دستی فعال شود تا بتواند سرویسدهی را ادامه دهد. این روش معمولا در مراکز دادهای استفاده میشود که زمان توقف سرویسدهی برای آنها در نظر گرفته شده و سرویسهای نه چندان حساسی را ارائه میدهند.
به طور خلاصه، Hot Standby به دلیل همگامسازی مداوم با واحدهای اصلی و توانایی جایگزینی فوری و بیدرنگ، زمان توقف سرویسدهی را به حداقل میرساند. در مقابل، Cold Standby در حالت آمادهباش قرار دارد و نیاز به فعالسازی دستی دارد، که ممکن است زمان برباشد. انتخاب بین این دو روش بسته به نیازمندیهای مرکز داده و سطح سرویسدهی بستگی دارد.
مزایای N+1 را شرح بده
N+1 قابل توجهی در ارتباط با پشتیبانی و متعادسازی بار با هدف ارائه بالاترین سطح از قابلیت اطمینان ارائه میدهد. از مزایای معماری فوق به موارد زیر باید اشاره کرد:
قابلیت متعادلسازی بار: با استفاده از روش N+1، میتوان بار کاری را بین واحدهای فعال و واحدهای پشتیبان توزیع کرد. به طوری که قابلیت اطمینان و کاهش قطعی سرویس به حداقل میرسد. همچنین، این روش امکان توسعه عمودی سیستم را فراهم میکند، زیرا میتوان واحدهای پشتیبان را به سیستم اضافه کرده و بار کاری را بین آنها توزیع کرد.
قابلیت انعطافپذیری: با استفاده از روش N+1، میتوان ظرفیت مرکز داده را به سادگی با افزودن تجهیزات جدید افزایش داد. رویکرد فوق این امکان را به ما میدهد تا با توجه به نیازهای سیستم و میزان بار کاری، تعداد واحدهای پشتیبان را افزایش یا کاهش دهیم. این انعطافپذیری به ما اجازه میدهد تا سیستم را بهبود داده و از ظرفیت و منابع به شکل بهینهتری استفاده کنیم.
قابلیت پشتیبانی، تعمیر و نگهداری: با استفاده از روش N+1، میتوان یک واحد پشتیبان را برای تعمیر و نگهداری از سرویس خارج کرد، در حالی که واحدهای دیگر به کار خود ادامه میدهند. ویژگی فوق اجازه میدهد تا سرویسدهی را به شکل مستمر ادامه دهیم.
افزایش قابلیت اطمینان: با استفاده از روش N+1، اگر یکی از واحدهای فعال خراب شود، واحدهای پشتیبان قادر خواهند بود به سرعت جایگزین شوند و عملکرد ادامه پیدا کند.
کاهش زمان توقف سیستم: با استفاده از روش N+1، در صورت خرابی یکی از واحدها، زمان توقف سرویسدهی به حداقل میرسد. واحدهای پشتیبان آماده به کار هستند و به صورت بیدرنگ میتوانند جایگزین تجهیزات خراب شوند. این کاهش زمان توقف سیستم به کاربران اجازه میدهد تا بدون مشکل به سرویسهای موردنیاز خود دسترسی داشته باشند.
در کل، روش N+1 پشتیبانی و متعادلسازی بار، انعطافپذیری، پشتیبانی از تعمیر و نگهداری، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش زمان توقف مرکز داده را به همراه دارد و باعث بهبود تجربه کاربران، بهینهسازی عملکرد منابع سیستم و افزایش کارایی سیستم میشود.
کاربردهای N+1
افزونگی N+1 قابلیت اطمینان بالایی در اختیار ما قرار میدهد. به همین دلیل کاربردهای مختلفی دارد که از مهمترین آنها به موارد زیر باید اشاره کرد.
وبسرورها: وبسرورها بار کاری پویا و متغیر دارند، استفاده از روش N+1 میتواند بهبود قابل توجهی در عملکرد و کارایی وبسایتها داشته باشد. با اضافه کردن واحدهای پشتیبان، میزان بار کاری سیستم بین این واحدها توزیع میشود و در صورت خرابی یکی از واحدها، سایر واحدها به عملکرد سیستم ادامه میدهند.
سیستمهای پردازش داده: در مرکز دادهای که دادههای بزرگ و پیچیده را پردازش میکنند، استفاده از روش N+1 برای افزایش ظرفیت سیستم و کاهش زمان پاسخگویی ضروری است. با اضافه کردن واحدهای پشتیبان، میتوان بار کاری را بین این واحدها توزیع کرده و عملکرد محاسبات را بهبود بخشید.
سیستمهای تجارت الکترونیک: در سیستمهای تجارت الکترونیک که تراکنشهای آنلاین را پردازش میکنند، روش N+1 میتواند بهبود قابل توجهی در قابلیت اطمینان و کارایی سیستم داشته باشد. با افزودن واحدهای پشتیبان، در صورت خرابی یک واحد، واحدهای دیگر به فعالیت ادامه میدهند و مانع از بروز قطعی سرویس میشوند.
سیستمهای بانکی و مالی: در سیستمهای بانکی و مالی که تراکنشهای حساس و مهم را پردازش میکنند، استفاده از روش N+1 برای افزایش امنیت و قابلیت اطمینان سیستم بسیار حایز اهمیت است. با اضافه کردن واحدهای پشتیبان، در صورت خرابی یک واحد، سرویسدهی به کاربران بازهم تداوم پیدا میکند.
سیستمهای ارتباطی: در سیستمهای مخابراتی و ارتباطی که متشکل از مولفههای مختلف هستند، روش N+1 میتواند بهبود قابل توجهی در بهبود عملکرد داشته باشد.
نقش افزونگی در توزیع بار ترافیکی
افزونگی در توزیع بار ترافیکی یکی از عوامل مهم در طراحی و بهبود عملکرد شبکهها است. افزونگی در توزیع بار ترافیکی عبارت است از توانایی سیستم برای مقیاسپذیری و افزایش ظرفیت به منظور پاسخگویی به نیازهای رشد کاربران و ترافیک بیشتر. وقتی که ترافیک در یک شبکه یا مرکز داده افزایش مییابد، ممکن است بار کاری بر روی سرورها و منابع سیستم زیاد شود که کاهش کارایی و کیفیت سرویس را به همراه دارد. با استفاده از افزونگی در طراحی مرکز داده، میتوان زمان پاسخگویی را بهبود بخشید و بار ترافیکی را بین منابع موجود توزیع کرد. در اینجا افزونگی در توزیع بار ترافیکی مزایای زیر را به همراه دارد.
افزایش ظرفیت: با استفاده از افزونگی، مرکز قادر به مدیریت بهتر ترافیک است و امکان افزایش ظرفیت به شکل سادهای وجود دارد. این ویژگی به مراکز داده اجازه میدهد با رشد ترافیک و تعداد کاربران، به صورت پویا و موثر فرآیند توزیع بار و مدیریت منابع را انجام دهد.
توازن بار: افزونگی در توزیع بار ترافیکی به مرکز امکان میدهد تا بار ترافیک را بین منابع موجود توزیع کند و از تمرکز زیاد بار روی یک منبع خاص جلوگیری کند. با توازن بار، منابع سیستم قادر هستند به شکل یکسان به درخواستها پاسخ دهند.
انعطافپذیری: به لطف افزونگی، مرکز قابلیت افزایش و کاهش ظرفیت هنگام بروز تغییرات ترافیک را دارد، بدون آنکه عملکرد تحت تاثیر قرار بگیرد. به بیان دقیقتر انعطافپذیری، اجازه میدهد به صورت پویا و سریع به تغییرات ترافیک و نیازهای کاربران واکنش نشان داد.
بدون دیدگاه