Hochverfügbarkeit

Hochverfügbarkeit (englisch high availability, HA) bezeichnet die Fähigkeit eines Systems, trotz Ausfalls einer seiner Komponenten mit einer hohen Wahrscheinlichkeit (oft 99,99 % oder besser) den Betrieb zu gewährleisten. Das Gegebensein von Robustheit gegen Benutzungsfehler und Hardware-Fehlertoleranz gilt als Grundvoraussetzung für die Bereitstellung bzw. Verwirklichung von Hochverfügbarkeit. Die essentiellen Funktionen eines Systems, das dem Kriterium der Hochverfügbarkeit genügen soll, dürfen nur innerhalb festgelegter Wartungszeiten oder allenfalls minimal zur Hauptbetriebszeit unterbrochen werden.

Ein System wird als verfügbar bezeichnet, wenn es in der Lage ist, die Aufgaben zu erfüllen, für die es vorgesehen ist. Als Verfügbarkeit wird die Wahrscheinlichkeit bezeichnet, dass ein System innerhalb eines spezifizierten Zeitraums funktionstüchtig (verfügbar) ist. Die Verfügbarkeit wird als Verhältnis aus ungeplanter (fehlerbedingter) Stillstandszeit (= Ausfallzeit) und gesamter Produktionszeit eines Systems bemessen:

• ${\displaystyle \mathrm {Verf{\ddot {u}}gbarkeit(in~Prozent)} =\left(1-{\frac {\mathrm {Ausfallzeit} }{\mathrm {Produktionszeit} +\mathrm {Ausfallzeit} }}\right)\cdot 100}$

oder auch:

• ${\displaystyle \mathrm {Verf{\ddot {u}}gbarkeit(in~Prozent)} =\left({\frac {\mathrm {Produktionszeit(uptime)} }{\mathrm {Produktionszeit(uptime)} +\mathrm {Ausfallzeit(downtime)} }}\right)\cdot 100}$

Die genaue Definition von Hochverfügbarkeit kann variieren. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) gibt folgende Definition:

Eine andere Definition der Hochverfügbarkeit lautet:

Die Frage, ab welcher Verfügbarkeitsklasse ein System als hochverfügbar einzustufen ist, wird je nach Definition der Verfügbarkeit unterschiedlich beantwortet.

Eine Verfügbarkeit von 99 % definiert im Allgemeinen keine Hochverfügbarkeit, sie wird allgemein heutzutage als grundlegend oder normal angesehen, zumindest bei qualitativ hochwertigen EDV-Geräten. Folglich wird von Hochverfügbarkeit erst ab 99,9 % oder höher gesprochen. Ob aber bereits 3*9 ausreichen oder erst 4*9 oder 5*9 ein System zum hochverfügbaren System machen, ist quellen- und herstellerabhängig sowie unter dem jeweiligen Einsatzszenario zu bewerten. Im Allgemeinen kann ein System als hochverfügbar eingestuft werden, wenn seine jährliche Ausfallzeit im Bereich weniger Minuten (~99,999 % bzw. AEC-2) oder darunter liegt. Im Englischen spricht man auch von dial-tone availability (‚Wählton-Verfügbarkeit‘), da diese Hochverfügbarkeit für Festnetztelefonie erreicht wird.[3]

Üblicherweise wird die Verfügbarkeit als eine Anzahl von Neunen im Zeitraum eines Jahres angegeben. So entspricht beispielsweise eine Verfügbarkeit von 99,99 % („vier Neunen“) einer Stillstandszeit von 52,6 Minuten pro Jahr.

Die folgende Tabelle zeigt die Ausfallzeiten für verschiedene Verfügbarkeitswerte. Zur Berücksichtigung von Schaltjahren wird ein Jahr mit durchschnittlich 365,25 Tagen gerechnet, der Monat entsprechend als 1/12 davon.

Verfügbarkeit Ausfallzeit pro Monat Ausfallzeit pro Jahr 99 % 438,3 Minuten bzw. 7:18:18 Stunden 87,7 Stunden bzw. 3 Tage und 15:39:36 h:m:s 99,9 % 43:50 Minuten 8:45:58 Stunden 99,99 % 4:23 Minuten 52:36 Minuten 99,999 % 26,3 Sekunden 5:16 Minuten 99,9999 % 2,63 Sekunden 31,6 Sekunden

Die rechnerische Verfügbarkeit bei einer Gesamtausfalldauer von einem Tag pro Jahr würde 99,73 %, von einer Stunde 99,989 %, von einer Minute 99,99981 % betragen. Dies entspricht ungefähr den 3σ-, 4σ-, 5σ- und 6σ-Niveaus der Standardnormalverteilung.

Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik verwendet eine Systematik bestehend aus sechs Verfügbarkeitsklassen. Die Verfügbarkeitsklasse VK 0 entspricht keiner zugesicherten Verfügbarkeit, was im „HV-Benchmark kompakt“ auf ~95 % festgelegt wird. VK 1 bis VK 4 entsprechen Verfügbarkeiten von 99 % bis 99,999 %. Somit entsprechen diese Verfügbarkeitsklassen der Anzahl der Neunen in der Prozentangabe minus Eins. Die Verfügbarkeitsklasse VK 5 ist nicht durch ihre Mindestverfügbarkeit definiert, sondern durch die Verfügbarkeit unter extremen Bedingungen, auch bei höherer Gewalt (desaster-tolerant). Die Ausfallzeiten der Verfügbarkeitsklassen sind gerundet angegeben.[4][5]

VK Bezeichnung Verfügbarkeit Ausfallzeit pro Jahr VK 0 Ohne zugesicherte Verfügbarkeit ~95 % bis zu 438 Stunden VK 1 Normale Verfügbarkeit 99 % bis zu 88 Stunden VK 2 Hohe Verfügbarkeit 99,9 % bis zu 9 Stunden VK 3 Sehr hohe Verfügbarkeit 99,99 % bis zu 53 Minuten VK 4 Höchste Verfügbarkeit 99,999 % bis zu 6 Minuten VK 5 Desaster-tolerant keine Angabe keine Angabe

Die Harvard Research Group (HRG) teilt Hochverfügbarkeit in ihrer Availability Environment Classification (AEC) in 5 Klassen ein.[6][7]

HRG-Klasse Erklärung AEC-0 Funktion kann unterbrochen werden, Datenintegrität ist nicht essenziell AEC-1 Funktion kann unterbrochen werden, Datenintegrität muss jedoch gewährleistet sein AEC-2 Funktion darf innerhalb festgelegter Zeiten oder zur Hauptbetriebszeit nur minimal unterbrochen werden AEC-3 Funktion muss innerhalb festgelegter Zeiten oder während der Hauptbetriebszeit ununterbrochen aufrechterhalten werden AEC-4 Funktion muss ununterbrochen aufrechterhalten werden, 24/7-Betrieb (24 Stunden, 7 Tage die Woche) muss gewährleistet sein * Jede dieser Klassen kann durch remote Backups um die Fähigkeit „Disaster Recovery“ ergänzt werden.

(Schutz vor Gefahren wie Erdbeben, Hochwasser, Vandalismus und Terrorismus)

Die Hochverfügbarkeit wird in Unternehmen häufig im Rahmen von Service Level Agreements (SLA) definiert und stellt ein wesentliches Bewertungskriterium für IT-Services dar.

Viele hochverfügbare Systeme müssen 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche online sein, also das ganze Jahr „rund um die Uhr“. Manche dieser Systeme müssen die Eigenschaft der Hochverfügbarkeit jedoch nur für einen bestimmten Zeitausschnitt haben: Handelssysteme der Deutschen Börse etwa brauchen nachts und an börsenfreien Tagen nicht hochverfügbar zu sein, sondern nur während der Handelszeiten. Die Hochverfügbarkeit bezieht sich bei diesen Systemen damit nur auf die Arbeitstage und/oder die Tageszeit, an denen es benötigt wird.

Generell streben HA-Systeme danach, so genannte Single-Point-of-Failure-Risiken (SPOF) zu eliminieren (ein SPOF ist eine einzelne Komponente, deren Versagen zum Ausfall des gesamten Systems führt).

Ein Hersteller eines hochverfügbaren Systems muss dieses mit folgenden Merkmalen ausstatten:

• Redundanz kritischer Systemkomponenten
• fehlertolerantes und robustes Verhalten des Gesamtsystems

Typische Beispiele für Komponenten, die zum Erreichen einer erhöhten Fehlertoleranz eingesetzt werden, sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV; engl. uninterruptible power supply, UPS), mehrfache Netzteile, ECC-Speicher oder der Einsatz von RAID-Systemen. Weiter kommen Techniken zur Serverspiegelung oder auch redundante Cluster zum Einsatz.

Je höher die geforderte Verfügbarkeit ist, desto mehr Aufwand muss der Betreiber investieren in:

• schnell erreichbares Fachpersonal
• Ersatzteilverfügbarkeit
• vorbeugende Wartung
• qualifiziertes Fehlermeldungs- und schnelles Kommunikationssystem

Hochspezialisierte Systeme mit höchsten Verfügbarkeiten sind beispielsweise

• die Continuum Serien von Stratus
• die Integrity NonStop Serien bei HP, die aus der Übernahme von Tandem (1997) sowie der Digital Equipment Corporation (1998) über Compaq hervorgegangen sind
• generell Großrechner, z. B. jene der System z-Serie der Firma IBM
• Fernsprechvermittlungsstellen.

• Failover
• Fehlermanagement
• Lastverteilung (Informatik)
• Performance Management
• Single Point of Failure
• Switchover
• Standby-Datenbank

• Martin Wieczorek, Uwe Naujoks, Bob Bartlett (Hrsg.): Business Continuity. Springer, 2003, ISBN 3-540-44285-5. 
• Marcus, Evan u. Stern, Hal: Blueprints for High Availability: Designing Resilient Distributed Systems. John Wiley & Sons, 2000, ISBN 0-471-35601-8. 
• Floyd Piedad, Michael Hawkins: High Availability: Design, Techniques and Processes. Prentice Hall Ptr, 2000, ISBN 0-13-096288-0. 

• BSI-Hochverfügbarkeitskompendium

1. ↑ High Availability (HA). IEEE Task Force on Cluster Computing, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 14. Juli 2010; abgerufen am 26. Oktober 2010 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.ieeetfcc.org 
2. ↑ Andrea Held: Oracle 10g Hochverfügbarkeit. Addison-Wesley, 2004, ISBN 3-8273-2163-8. 
3. ↑ Matthew Portnoy: Virtualisierung für Einsteiger. Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 1. Auflage 2012, ISBN 978-3-527-76023-7.
4. ↑ Band G, Kapitel 2: Definitionen. (pdf) In: HV-Kompendium. Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, S. 33, abgerufen am 29. November 2024. 
5. ↑ HV-Benchmark kompakt. (pdf) Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, S. 9, abgerufen am 27. Dezember 2024. 
6. ↑ HRG 2002, siehe auch Andrea Held: Hochverfügbarkeit: Kennzahlen und Metriken. In: TEC Channel. 6. Juni 2005, archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 20. April 2008; abgerufen am 26. Oktober 2010.  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.tecchannel.de 
7. ↑ HRG - Harvard Research Group. Abgerufen am 28. Mai 2024.