マルチAZとは？障害対策に欠かせない高可用性の仕組み

はじめに　マルチAZとは？

現代のビジネスにおいて、システムの可用性は不可欠な要素となっています。システムがダウンすると、顧客満足度の低下、収益の損失、さらにはブランドイメージの損傷につながる可能性があります。

マルチAZ

マルチAZ（マルチプル・アベイラビリティーゾーン）とは、異なる物理的場所に位置する複数のデータセンターを利用してシステムを構築することです。このアプローチにより、システムは一つの場所に依存するリスクを回避し、より高い耐障害性を実現します。

マルチAZの導入により、企業は予期せぬ障害やデータセンターの問題にも柔軟に対応できるようになります。これにより、サービスのダウンタイムを最小限に抑え、顧客に対して一貫したサービスを提供できるようになります。

マルチAZは、ビジネスの継続性を支える重要な仕組みです。特に、電子商取引、金融サービス、ヘルスケアなどの分野では、マルチAZの導入が不可欠と言えるでしょう。

高可用性（HA）

高可用性（HA：High Availability）とは、システムやサービスが長期間にわたり、中断やダウンタイムを最小限に抑えて継続的に稼働する能力を指します。HAは、システムの信頼性と利用可能性を確保するために不可欠であり、障害発生時でも迅速に復旧できる構成を取ることで、サービスの中断を最小限に抑えます。

マルチAZの仕組み

マルチAZは、同一リージョン内に複数の独立したデータセンター（アベイラビリティーゾーン）を設置し、システムの冗長性と耐障害性を高めるアーキテクチャです。たとえば、Amazon Web Services（AWS）の場合、各AZは数kmから最大100kmの範囲内に物理的に分離されていますが、他のクラウドプロバイダーではこの距離は異なる場合があります。この物理的な分離により、一つのAZに障害が発生した場合でも、他のAZはその影響を受けにくくなります。各AZは独自の電源、ネットワーク、冷却システムを備え、システムの継続的な稼働を支えます。

マルチAZの限界

しかし、大規模な災害、例えば大震災のような場合、単一リージョン内のマルチAZでは対応が困難になることがあります。このような状況に備えるため、より広範なリスク管理としてマルチリージョン戦略が検討されます。マルチリージョン戦略では、複数の地理的に分散したリージョンを利用し、さらに広範囲な災害に対してもシステムの耐障害性を強化します。

リージョンについてはこちらの記事で解説しています。

https://envader.plus/article/61

技術的メカニズム

マルチAZの中核となるのは、以下の2つのメカニズムです。

• データの同期

  データはリアルタイムまたはほぼリアルタイムで各AZ間で同期されます。これにより、一つのAZがダウンした場合でも、他のAZにデータが存在し、サービスの継続が可能になります。

• 負荷分散

  負荷分散技術を利用して、各AZにトラフィックを均等に分散し、一つのAZに過負荷がかかることを防ぎます。

• AZ間通信

  AZ間の通信は、高速でセキュアなネットワーク接続によって確保されます。これにより、データの同期や負荷分散が効率的に行われ、システム全体のパフォーマンスと可用性が保たれます。通信は暗号化され、セキュリティを確保しながら、各AZ間でのデータの整合性と連続性を維持します。

マルチAZの利点

マルチAZは、以下の利点があります。

• 障害耐性の向上

  一つのAZに障害が発生しても、他のAZでサービスを継続できるため、障害耐性が向上します。

• ダウンタイムの削減

  障害発生時のダウンタイムを短縮できます。

• データの保全

  データの損失を防ぎ、データの保全性を高めます。

マルチAZは、ビジネスクリティカルなアプリケーションやサービスにおいて、障害耐性の向上、ダウンタイムの削減、データの保全などの利点があります。

マルチAZのビジネスメリットと実践事例

マルチAZは、同一リージョン内に複数の独立したデータセンター（アベイラビリティーゾーン）を設置し、システムの冗長性と耐障害性を高めるアーキテクチャです。

マルチAZの主要なメリット

マルチAZアーキテクチャを採用することによるメリットは複数ありますが、主なものには以下のような点が挙げられます。

• 高い耐障害性

  異なる物理的場所にデータセンターを設置することで、自然災害や電力障害など特定の場所の問題からシステムを保護します。

• 連続的なサービス提供

  一つのAZに障害が発生しても、他のAZが稼働を継続することで、サービスの中断を最小限に抑えます。

• データの保全と同期

  リアルタイムのデータ同期により、常に最新のデータが保持され、バックアップと復旧が容易になります。

実践事例

• 電子商取引プラットフォームのケース

  例えば、ある大手電子商取引プラットフォームは、ピーク時の負荷や突発的なトラフィック増加にも対応できるよう、マルチAZアーキテクチャを導入しました。これにより、彼らはブラックフライデーのような大規模セールイベント中でも、システムのダウンタイムをほぼゼロに保ち、顧客体験を大幅に向上させることができました。

• 金融サービス業界での応用

  また、金融サービス業界では、取引の信頼性とデータのセキュリティが極めて重要です。一部の金融機関では、マルチAZアーキテクチャを採用し、取引データの完全性と可用性を高めるとともに、システムのセキュリティを強化しています。

• ヘルスケア分野での利用

  ヘルスケア分野では、患者情報の可用性とプライバシー保護が不可欠です。マルチAZアプローチにより、医療機関は患者データへのアクセスを常に確保し、同時にデータのセキュリティとプライバシーを維持しています。

マルチAZ導入のアプローチ

クラウドサービスを利用するか、オンプレミスを利用するか、その両方を組み合わせるかという手法がありますが、前者2つについて解説します。

クラウドサービスや仮想化技術を利用した導入

クラウドサービスと仮想化技術の活用により、マルチAZアーキテクチャの導入は柔軟かつ効率的になります。

• サービスプロバイダの選定

  AWS、Azure、Google Cloud Platformなど、マルチAZをサポートするクラウドプロバイダーを選択します。 プロバイダー選定時には、コスト、サービスの種類、リージョンのカバレッジなどを考慮します。

• リソースの割り当て

  各AZに必要なコンピューティングリソース、ストレージ、ネットワークリソースを割り当てます。 この段階では、将来のスケーラビリティやパフォーマンス要件に基づいてリソースを計画します。

• 仮想化の活用

  仮想マシンやコンテナ技術を利用して、アプリケーションとデータベースを各AZにデプロイします。 仮想化はデータの移行、バックアップ、災害復旧を容易にし、運用の柔軟性を高めます。

• オートスケーリングとロードバランシング

  トラフィックの増減に応じて自動的にリソースを調整し、システムの安定性を保ちます。 ロードバランサーを使用して、負荷を均等に分散し、パフォーマンスの最適化を図ります。

オンプレミス環境での導入

オンプレミス環境では、物理的なリソースとインフラの管理が中心になります。

• データセンターの選定と設計

  複数の地理的に分散した場所にデータセンターを設置します。この選定には、地域の気候、災害リスク、アクセスの利便性が影響します。 データセンターの設計には、冷却システム、電源バックアップ、物理的セキュリティなどが含まれます。

• ハードウェアの調達

  高性能サーバー、信頼性の高いストレージシステム、高速ネットワーク機器を選定し、調達します。 ハードウェアの選定には、将来の成長や技術進化を見越した計画が必要です。

• 冗長性の確保

  データセンター内でハードウェアの冗長構成を計画し、一つのコンポーネントの障害が全体のサービスに影響しないようにします。 冗長性は、ネットワーク接続、電源、冷却システムにも適用されます。

• 物理的セキュリティとメンテナンス

  データセンターは、不正アクセスや物理的な破損から保護するために、厳格なセキュリティ対策を施します。 定期的なメンテナンスとアップデートを通じて、ハードウェアとソフトウェアの性能を維持し、最新のセキュリティ対策を適用します。

まとめ

マルチAZは、同一リージョン内に複数のデータセンターを設置し、システムの冗長性と耐障害性を高めるアーキテクチャです。自然災害やハードウェア障害などのリスクを低減し、顧客へのサービス提供を継続することができます。

マルチAZは、クラウドサービスやオンプレミス環境のどちらでも導入可能です。クラウドサービスでは、導入の容易さと運用の負担軽減が魅力です。一方、オンプレミス環境では、長期的な運用コストの削減や既存ハードウェアの活用が可能であり、セキュリティ管理を自社で完全にコントロールできます。

マルチAZの導入を検討する際には、ビジネスの規模、業界の要件、将来の成長見込みなどのビジネスニーズを十分に理解し、それに基づいて最適なアプローチを選択することが重要です。ビジネスの持続可能性を高め、安定したサービス提供を保証するために、マルチAZは現代のビジネスにとって不可欠な要素となっています。つまり、エンジニアが解決すべき課題として非常に重要ですので、しっかり理解する必要があります。