단일 장애점

3. 주요 특징

시스템은 모든 잠재적인 단일 장애점에 중복성을 추가하여 견고하게 만들 수 있다. 중복성은 다양한 수준에서 달성될 수 있다.

잠재적인 단일 장애점 평가는 오작동 시 전체 시스템 장애를 유발하는 복잡한 시스템의 핵심 구성 요소를 식별하는 것을 포함한다.^[2] 매우 신뢰성 있는 시스템은 그러한 개별 구성 요소에 의존해서는 안 된다.

예를 들어, 소규모 수목 관리 회사의 소유주는 단 하나의 나무 파쇄기만 소유할 수 있는데, 파쇄기가 고장나면 작업을 완료할 수 없고, 교체품을 구할 때까지 향후 작업을 취소해야 할 수 있다. 소유주는 파쇄기 수리를 위한 예비 부품을 준비하거나, 작업 현장에 가져갈 수 있는 두 번째 나무 파쇄기를 가지거나, 여러 번의 고장 시 작업 현장의 모든 것을 완전히 교체할 수 있는 충분한 장비를 갖추는 방식으로 대비할 수 있다.

높은 가용성이 필요한 시스템에서는 각 구성 요소의 한 곳에 장애가 발생해도 전체 시스템이 정지하지 않도록 각 구성 요소를 중복화(이중화, 삼중화 등)해야 하며, 이때 단일 장애점이 남지 않도록 설계해야 한다.

일반적인 컴퓨터 시스템에서 단일 장애점의 예는 다음과 같다.

• RAID 어댑터가 한 장뿐인 하드 디스크
• 펌웨어 장애나 케이스 장애가 발생한 RAID 컨트롤러 이중화 디스크 장치
• 소프트웨어 장애 등에 의한 데이터 손상 (정기적인 백업으로 해결)
• 컴퓨터 클러스터의 클러스터링용 소프트웨어 자체
• 분전반이 동일한 이중화된 전원 장치
• 소프트웨어 자체의 버그 (동일한 요구 사양 기반 다른 소프트웨어 2개 이상 제작, 동일 동작 시에만 작동)

3. 1. 기술적 측면

• 복잡도 낮추기: 복잡한 시스템은 필요한 수준까지 복잡도를 분해하여 설계한다.
• 복제: 주요 컴포넌트 중단 시 정상 작동하는 다른 컴포넌트로 자동 전환되거나 제어권을 넘기도록 동일한 컴포넌트를 두 개 이상 유지한다.
• 다양성: 컴포넌트의 기능을 서로 다른 방식으로 설계하여, 동일한 조건에서 복제 컴포넌트가 동시에 중단될 가능성을 줄인다.
• 투명성: 시스템의 장기적인 신뢰성은 투명성과 정확한 문서화에 기반한다.

3. 1. 1. 구성 요소

하지만 과도한 중복화나 다중화는 비용 증가를 야기하고, 시스템 부품의 종류나 수가 늘어나거나 복잡성이 증가하는 결과를 초래할 수 있다. 이는 부품 고장 발생률이나 설계, 검증, 운용 상의 리스크 증가로 이어질 수 있다. 따라서 단일 장애점 해소는 해당 업무나 업무 중단의 영향도를 고려하여 비용 대비 효과 및 리스크 관리 차원에서 수행해야 한다.

3. 1. 2. 작동 원리

• 복잡도 낮추기: 복잡한 시스템은 필요한 수준까지 복잡도를 분해하는 원칙에 따라 설계해야 한다.
• 복제: 동일한 컴포넌트를 두 개 이상 유지하여, 주요 컴포넌트가 중단되면 정상 동작하는 다른 컴포넌트로 자동 전환되거나 제어권을 넘기도록 한다.
• 다양성: 컴포넌트의 기능을 서로 다른 방식으로 설계한다. 같은 기능을 다른 설계로 개발하면, 동일한 조건에서 복제 컴포넌트가 동시에 중단되는 가능성을 줄일 수 있다.
• 투명성: 시스템의 장기적인 신뢰성은 투명성과 정확한 문서화에 의해 좌우된다.

하지만 과도한 중복화나 다중화는 비용 증가와 더불어 시스템 부품의 종류나 수, 혹은 복잡성이 증가하는 결과로, 부품 고장 발생률이나 설계·검증·운용의 리스크가 증가하는 측면도 있다. 이 때문에 단일 장애점의 해소는 해당 업무나 업무 중단의 영향도를 감안하여, 비용 대비 효과 및 리스크 관리의 일환으로 수행할 필요가 있다.

4. 현대적 응용

현대 사회에서 단일 장애점 개념은 다양한 분야에 적용되고 있다.

컴퓨팅 분야에서는 시스템 견고성을 확보하기 위해 잠재적인 단일 장애점에 중복성을 추가한다. 중복성은 다양한 수준에서 달성될 수 있으며, 오작동 시 전체 시스템 장애를 유발하는 핵심 구성 요소를 식별하여 평가한다. 예를 들어, 수목 관리 회사가 나무 파쇄기 하나만 소유한 경우, 파쇄기 고장은 작업 중단으로 이어진다. 이를 대비하기 위해 예비 부품을 준비하거나, 두 번째 파쇄기를 준비하는 등 중복성을 확보할 수 있다.

고장 허용 컴퓨터 시스템은 내부 구성 요소, 시스템, 사이트 수준에서 중복성을 구현할 수 있다. 서버 클러스터의 고가용성을 위해 로드 밸런서를 배포하고, 각 서버는 여러 구성 요소로 중복성을 확보한다. 다른 서버가 실패할 경우를 대비하여 대기 서버를 갖추어 시스템 수준 중복성을 확보한다. 데이터 센터는 IT 재해 복구 프로그램의 일부로 전체 클러스터를 다른 위치에 복제하여 사이트 수준 중복성을 확보한다.

폴 배런과 도널드 데이비스는 단일 실패 지점이 없는 패킷 스위칭을 개발했다. ARPANET과 인터넷은 두 지점 사이에 여러 경로를 제공하여, 특정 경로 또는 중간 노드 장애 이후에도 통신이 가능하도록 설계되었다.

소프트웨어 공학에서 '''병목 현상'''은 단일 구성 요소로 인해 응용 프로그램 또는 컴퓨터 시스템의 용량이 제한되는 현상이다. 성능 분석을 통해 병목 현상을 추적하고, 코드 최적화를 통해 알고리즘 효율성을 향상시킨다. 전체 시스템 중단을 예방하는 전략으로는 복잡도 낮추기, 복제, 다양성, 투명성 등이 있다.

네트워크 분야에서는 단일 장애점 발생을 회피하기 위해 중간 시스템 간 시스템 (IS-IS), 최단 경로 우선 (OSPF), 최단 경로 브리징 등의 프로토콜이 사용된다.

컴퓨터 보안에서 가장 큰 문제 중 하나는 사용자 편의성을 크게 희생하지 않으면서 단일 장애점을 제거하는 것이다. 인터넷 발달로 인해 여러 시스템이 더 넓은 세상과 연결되면서 보안 문제가 더욱 중요해졌다. 사용자 오류는 가장 일관된 형태의 단일 장애점으로, 운영자 실수나 피싱 공격을 통한 외부 간섭으로 발생한다.

단일 장애점 개념은 엔지니어링, 컴퓨터, 네트워킹 외에도 기업의 공급망 관리^[6] 및 운송 관리^[7]와 같은 분야에도 적용된다. 병목 현상과 직렬 회로는 단일 장애점을 만드는 설계 구조의 예시이다.

운송 분야에서는 2016년 캐나다 니피곤강 다리의 부분 붕괴로 인해 캐나다 동부와 캐나다 서부 간 도로 교통이 며칠 동안 완전히 차단된 사례가 있다.^[8] 또한, 코네티컷주 노워크의 노워크강 철도 다리는 개폐교 문제로 노스이스트 회랑 노선 철도 교통을 방해하는 경우가 있다.^[7]

정보 분야에서 에드워드 스노든은 정보원을 하나만 갖는 것의 위험성을 "단일 장애점"이라는 말로 표현했다.^[9]

4. 1. 컴퓨팅

하지만 과도한 중복화나 다중화는 비용 증가와 더불어 시스템 부품의 종류나 수, 혹은 복잡성이 증가하는 결과를 초래한다. 이는 부품 고장 발생률이나 설계·검증·운용의 리스크 증가로 이어질 수 있다. 따라서 단일 장애점 해소는 해당 업무나 업무 중단의 영향도를 감안하여 비용 대비 효과 및 리스크 관리의 일환으로 수행할 필요가 있다.

4. 2. 소프트웨어 공학

참조

_[1] 서적 Designing Large-scale LANs O'Reilly 2002
_[2] 논문 Eliminating single points of failure in software-based redundancy. https://citeseerx.is[...] IEEE 2012
_[3] 논문 Comparing a traditional and a multi-agent load-balancing system. https://www.cai.sk/o[...] 2006
_[4] 논문 Single Points of Failure Within Systems-of-Systems. https://www.research[...] 2013
_[5] 간행물 Phishing Attacks: A Recent Comprehensive Study and a New Anatomy 2021-03-09
_[6] 서적 Single Point of Failure: The 10 Essential Laws of Supply Chain Risk Management Wiley 2009-10-07
_[7] 뉴스 Crucial, Century-Old, And Sometimes Stuck: Connecticut Bridge Is Key To Northeast Corridor http://wnpr.org/post[...] Connecticut Public Radio 2017-08-08
_[8] 뉴스 The Nipigon River Bridge and other Trans-Canada bottlenecks http://globalnews.ca[...] Global News 2016-01-11
_[9] 뉴스 Edward Snowden: the true story behind his NSA leaks https://www.telegrap[...] 2016-12-13
_[10] 서적 Single Point of Failure: The 10 Essential Laws of Supply Chain Risk Management Wiley 2009-10-07
_[11] 뉴스 Crucial, Century-Old, And Sometimes Stuck: Connecticut Bridge Is Key To Northeast Corridor http://wnpr.org/post[...] Connecticut Public Radio 2017-08-08
_[12] 뉴스 The Nipigon River Bridge and other Trans-Canada bottlenecks http://globalnews.ca[...] Global News 2016-01-11
_[13] 뉴스 Edward Snowden: the true story behind his NSA leaks https://www.telegrap[...] 2016-12-13
_[14] 서적 Designing Large-scale LANs O'Reilly 2002