Hochverfügbarkeit vs. Fehlertoleranz: Worum geht es dabei eigentlich? Die beiden IT-Konzepte sind eng miteinander verwandt, stellen aber unterschiedliche Anforderungen und führen zu unterschiedlichen Ergebnissen. Dieser Artikel beleuchtet den Unterschied zwischen Hochverfügbarkeit (High Availability, HA) und Fehlertoleranz (Fault Tolerance, FT) im Kontext der IT-Infrastruktur. Wir zeigen die wichtigsten Unterschiede, Anwendungsfälle und Vorteile beider Ansätze, damit Ihre Infrastruktur genau die Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanforderungen erfüllt, die Sie brauchen.
Was ist Hochverfügbarkeit (HA)?
„Verfügbarkeit“ beschreibt in diesem Zusammenhang, ob Benutzer:innen oder Dienste auf ein System zugreifen können. Ist ein System nicht verfügbar, kann es seine Aufgabe nicht erfüllen. Gemessen wird die Verfügbarkeit anhand der Gesamtzeit, in der ein Dienst pro Jahr erreichbar ist: Eine Anwendung mit 99 % Verfügbarkeit sollte 361,35 Tage im Jahr verfügbar sein (0,99 multipliziert mit 365 Tagen). Viele Unternehmen legen für ihre Online-Dienste vertraglich fest, welches Verfügbarkeitsniveau sie im Rahmen ihres Service Level Agreements (SLA) zusichern.
Hochverfügbarkeit ist eine Architektur, bei der Systeme und Software so bereitgestellt und konfiguriert werden, dass Betriebszeit und Antwortfähigkeit Priorität haben. Als hochverfügbar gilt in der Regel eine Betriebszeit von 99 % oder mehr. Kommt es überhaupt zu einer Unterbrechung, sollte sie nur kurz und selten auftreten: Eine Anwendung, die 99 % Verfügbarkeit verspricht, darf nicht mehrere Tage am Stück oder auch nur minutenlang offline sein, selbst wenn sie damit noch unter dem zulässigen Wert bliebe.
Auch wenn Sie keine Dienste für andere Firmen bereitstellen, benötigen viele Unternehmen Hochverfügbarkeit, um den unterbrechungsfreien Betrieb ihres eigenen Geschäfts sicherzustellen. Betreiben Sie zum Beispiel Server, auf denen Ihre Vertriebs- oder E-Commerce-Software läuft, sollten diese auf Hochverfügbarkeit ausgelegt sein, damit Kund:innen jederzeit bei Ihnen einkaufen können.
Was ist Fehlertoleranz (FT), und worin unterscheidet sie sich von HA?
Fehlertoleranz geht noch einen Schritt weiter als Hochverfügbarkeit. Ziel ist eine Infrastruktur, die überhaupt keine Unterbrechungen erfährt. Die Absicht ist dieselbe wie bei der Hochverfügbarkeit, nämlich Serviceunterbrechungen zu verhindern. Die Mechanismen, mit denen Systeme fehlertolerant gemacht werden, sind allerdings deutlich komplexer und kostspieliger.
Deshalb entscheiden viele IT-Teams, dass ein bestimmtes Maß an Hochverfügbarkeit praktikabler und wirtschaftlicher ist als ein vollständig fehlertolerantes System, und wägen ab, ob sich 100 % Betriebszeit angesichts des Aufwands lohnen. Wenn ein auf Hochverfügbarkeit ausgelegter Onlineshop für ein paar Sekunden offline geht, während ohnehin keine Kundschaft aktiv ist (etwa um einen Fehler zu beheben oder ein Update einzuspielen), mag das akzeptabel sein. Ein Flugsicherungssystem dagegen darf zu keinem Zeitpunkt ausfallen, auch nicht für Sekunden, und alle beteiligten Systeme müssen völlig ohne Ausfallzeit auskommen.
So funktionieren die beiden Ansätze
Hochverfügbarkeit
Je nach Art der bereitgestellten Dienste setzt Hochverfügbarkeit auf mehrere zentrale Mechanismen:
- Replikation und Spiegelung: Mit Replikation wird sichergestellt, dass mehrere aktuelle Kopien der Daten auf Servern mit getrennter Hardware (und sogar an verschiedenen Standorten) vorliegen. Fällt ein Server aus, lassen sich Benutzer:innen schnell auf einen anderen umleiten. Die Datenintegrität sollte systemübergreifend überwacht und geprüft werden, damit alle Daten aktuell, vollständig und korrekt sind.
- Clustering und Load Balancer: Webserver, Datenbanken und andere Dienste lassen sich auf mehreren Servern betreiben und so konfigurieren, dass der Traffic verteilt wird und kein einzelner Server überlastet. Fällt ein Server im Cluster aus, läuft der Dienst unterbrechungsfrei weiter, weil die übrigen Server den Betrieb fortsetzen.
- Redundanz und Backup: Regelmäßige Backups ergänzen die replizierten Kopien. So lassen sich Systeme bei beschädigten oder korrupten Daten oder nach einem nicht mehr behebbaren Ausfall auf einen bekannten funktionsfähigen Stand zurücksetzen.
- Redundante Hardware: RAID ist eine verbreitete Technologie zum Schutz vor Festplattenausfällen. Auf Netzwerkebene sorgen mehrere Failover-Geräte dafür (etwa ein zweiter Router und eine zweite Internetverbindung, falls die primäre Leitung ausfällt), dass Probleme wie Spannungsspitzen oder durchtrennte Kabel den laufenden Betrieb nicht stoppen.
Fehlertoleranz
Fehlertoleranz ergänzt zusätzliche Redundanz und Fehlererkennung, um vollständige Widerstandsfähigkeit gegen Unterbrechungen zu erreichen. Im Kern kombiniert ein fehlertolerantes System mehrere hochverfügbare Systeme, sodass sich Ausfallzeit insgesamt vollständig vermeiden lässt, selbst wenn eines dieser HA-Systeme komplett ausfällt:
- Redundante HA-Systeme (einschließlich geografischer Redundanz): Mehrere hochverfügbare Systeme, entweder als vollständige Duplikate einer gesamten Anwendungsinfrastruktur oder als separate Duplikate einzelner Komponenten, stehen bei einem Ausfall sofort als Umschaltziel bereit. Idealerweise liegt mindestens eines dieser redundanten Systeme in einer anderen geografischen Region, um gegen Naturkatastrophen oder andere Notlagen gewappnet zu sein, die ein komplettes Rechenzentrum vom Netz nehmen können.
- Automatisierte Fehlererkennung und Rückkehr in den Normalzustand: Fehlertolerante Systeme müssen Probleme erkennen, sobald sie auftreten, und sie sofort abfedern, beispielsweise durch die Umschaltung auf ein redundantes System, während die Ursache untersucht und behoben wird. Ist das Problem gelöst, sollte das System automatisiert in seinen vorgesehenen Zustand zurückkehren.
- Single Points of Failure beseitigen: Ein FT-System darf keinen Single Point of Failure haben. Die Architektur des Systems und all seiner Komponenten sollte regelmäßig überprüft werden, um vollständige Redundanz (und die Funktionsfähigkeit der redundanten Komponenten) sicherzustellen.
- Fehler eingrenzen: Manche Fehler wirken sich auf andere Teile der Infrastruktur aus und pflanzen sich kaskadenartig durch die Systeme fort. Unerwartete Datenwerte in einer Daten-Pipeline können zum Beispiel dazu führen, dass Anwendungen beim Weiterreichen der Daten nicht mehr korrekt arbeiten. FT-Systeme sollten auch auf unkritische Fehler achten und diese isolieren, etwa indem fehlerhafte Nachrichten in einer Dead Letter Queue landen, statt potenziell kritische Fehler auszulösen, die die Betriebszeit gefährden.
Eine der zentralen Technologien für HA- wie für FT-Systeme ist die automatisierte Überwachung und Alarmierung: Tritt ein Problem auf, müssen IT-Teams benachrichtigt werden, damit sie sofort reagieren und eine Serviceunterbrechung verhindern können.
Hochverfügbarkeit vs. Fehlertoleranz: Vorteile und Nachteile
Wenn Sie festlegen, welches Maß an Hochverfügbarkeit Ihr System erreichen soll oder ob vollständige Fehlertoleranz sinnvoll ist, sollten Sie Kosten, Leistung und technische Konsequenzen abwägen.
Fehlertolerante Systeme sind in Implementierung und Wartung deutlich teurer und komplexer als Systeme, die nur auf Hochverfügbarkeit ausgelegt sind. Denn jedes System benötigt mehrere redundante Duplikate, und mit jedem Duplikat vervielfachen sich sowohl die Implementierungskosten als auch die laufenden Hosting- und Wartungskosten. Hinzu kommt: Je größer Ihre IT-Infrastruktur, desto schwieriger lässt sie sich mit einem kleinen Team ohne die passenden Tools verwalten.
Leistung und Skalierbarkeit sind weitere Aspekte. Redundante Komponenten in FT-Umgebungen tragen nichts zur Leistung bei, da sie nur im Fehlerfall aktiv werden. Bei HA dagegen können weitere laufende Instanzen, wenn Clustering für das Failover genutzt wird, über einen Load Balancer einen Teil der Last übernehmen und damit die Leistung verbessern. Natürlich lässt sich das auch in FT-Systemen erreichen, indem mehrere redundante hochverfügbare Systeme eingesetzt werden, allerdings zu erheblichen Kosten.
Sowohl bei hochverfügbaren als auch bei fehlertoleranten Systemen entsteht zusätzlicher Ressourcenaufwand durch die Pflege redundanter Datenkopien, da diese übertragen und verifiziert werden müssen. Das kann in Anwendungsfällen problematisch sein, in denen es auf Latenz ankommt, etwa beim automatisierten Wertpapierhandel.
Hochverfügbarkeit und vollständig redundante Infrastruktur werden mit zwei zentralen Zielen entworfen: Ausfallzeit vermeiden und im Fehlerfall schnell wiederherstellen. Die Zeitvorgabe für Wiederherstellungszeit (RTO) fehlertoleranter Anwendungen liegt bei null, die Wiederherstellung muss also sofort erfolgen. Dafür muss die Datenintegrität der Replikate absolut zuverlässig sein. FT-Systeme legen deshalb mehr Gewicht auf die Integrität der Live-Replikate, während HA-Systeme pausieren und einige Minuten für die Wiederherstellung aus einem bekannten funktionsfähigen Backup aufwenden können.
Bauen Sie absolut ausfallsichere Systeme. Sehen Sie sich Hochverfügbarkeit vs. Fehlertoleranz: die wichtigsten Unterschiede verstehen an und erfahren Sie mehr über die Widerstandsfähigkeit von Systemen.
Hochverfügbarkeit und Fehlertoleranz: Best Practices
Wenn Sie eigene hochverfügbare oder fehlertolerante Systeme aufbauen, sollten Sie die folgenden Technologien und Prozesse abgedeckt haben:
- Vollständige Redundanz: Stellen Sie sicher, dass es keinen Single Point of Failure gibt.
- Automatisierte Erkennung und Reaktion: Setzen Sie Systeme ein, die Probleme automatisiert erkennen und entschärfen und die Engineering-Teams über mögliche Störungen informieren.
- Geografische Ausfallsicherheit: Sorgen Sie bei FT-Systemen dafür, dass redundante Systeme in einer anderen Region bereitstehen. Bei HA sollte zumindest eine aktuelle Datenspiegelung in einer anderen Region liegen, aus der sich schnell wiederherstellen lässt.
- Behalten Sie die Kosten im Blick: Unterschätzen Sie nicht, wie sich Bereitstellungs- und Wartungskosten summieren, gerade bei fehlertoleranten Systemen.
Möglicherweise kommen Sie zu dem Schluss, dass sich Hochverfügbarkeit oder Fehlertoleranz für den Anwendungsfall Ihres Unternehmens angesichts der höheren Kosten und des Ressourcenbedarfs nicht lohnen. Das heißt aber nicht, dass eines der zugrunde liegenden Werkzeuge entbehrlich wäre: Backups. Egal wie komplex (oder einfach) Ihre IT-Infrastruktur ist, Sie brauchen einen belastbaren Backup-Plan, damit Unfälle, Diebstahl oder Katastrophen nicht die wertvollen Informationen vernichten, auf die Sie angewiesen sind.
