変更要約: 初版
5.4冗長化と高可用性
デフォルトゲートウェイを冗長化するVRRP・HSRP、物理リンクを束ねるリンクアグリゲーション、複数経路を確保する経路冗長、アクティブ/スタンバイ構成の機器冗長、稼働率・MTBF・MTTRの計算、そしてシステム全体を脅かす単一障害点（SPOF）の排除を学びます。
システムが「止まらない」ことを保証するには、故障を完全になくすのではなく、故障が起きても業務影響を最小化する構成を設計します。この節では、ネットワークの各レイヤ（ゲートウェイ・リンク・経路・機器）ごとの冗長化技術と、その効果を定量的に裏付ける稼働率計算を学び、「可用性目標をどの冗長構成で達成するか」を判断できるようになることを目指します。
5.4.1ゲートウェイ冗長（VRRP／HSRP）
- 端末はデフォルトゲートウェイを1つのIPアドレス・MACアドレスとして固定的に認識するため、そのルータが単体で故障すると端末はゲートウェイに到達できなくなる。VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol、標準規格）とHSRP（Hot Standby Router Protocol、Cisco独自）は、複数の物理ルータで仮想IPアドレス・仮想MACアドレスを共有し、端末からは常に1台の仮想ルータに見せかける技術。
- 通常はマスタ（アクティブ）ルータが仮想IPへの通信を実際に処理し、バックアップ（スタンバイ）ルータは待機しつつマスタの生存確認（アドバタイズメント）を監視する。マスタが応答しなくなると、バックアップが自動的に昇格して仮想IP/MACの処理を引き継ぐため、端末側の設定変更なしにフェイルオーバーできる。
5.4.2リンク冗長と経路冗長
- リンクアグリゲーション（IEEE802.3ad/LACP）＝複数の物理リンクを論理的に1本の太いリンクとして束ねる技術。帯域の拡張と冗長化（1本が切れても残りのリンクで通信を継続）を同時に達成できる。LACPは対向機器と自動的にネゴシエーションし、リンクの状態変化を検知して自動的に有効なリンクの組を再構成する。
- 経路冗長＝物理的に異なる複数の経路（回線・機器を経由するパス）を用意し、動的ルーティングプロトコル（OSPF/BGP等）で経路障害を検知して自動的に迂回する構成。単一の回線・機器だけでなく、経路上のどこか一箇所が壊れても通信が継続することを保証する点がゲートウェイ冗長・リンク冗長よりも広い範囲をカバーする。
5.4.3機器冗長と単一障害点（SPOF）
- 機器冗長＝ファイアウォールやロードバランサ等をアクティブ/スタンバイ（普段は1台のみ稼働・故障時にもう1台へ切り替え）やアクティブ/アクティブ（両方が同時稼働し負荷分散、片方故障時は残りが引き継ぐ）で二重化する構成。アクティブ/アクティブは平常時の処理能力も活かせるが、状態同期（セッション情報の共有等）の設計が複雑になる。
- 単一障害点（SPOF：Single Point of Failure）＝それが故障するとシステム全体が停止してしまう、冗長化されていない箇所。ゲートウェイ・リンク・経路・機器のいずれかを個別に冗長化しても、電源・回線契約・データセンターといった他のレイヤにSPOFが残っていれば全体の可用性は向上しない。可用性設計は特定レイヤだけでなくエンドツーエンドでSPOFを洗い出すことが核になる。
「VRRP/HSRP＝仮想IP/MACでゲートウェイを冗長化」「リンクアグリゲーション＝帯域拡張＋冗長化を同時に実現」「経路冗長＝動的ルーティングで自動迂回」が最頻出です。稼働率の式 稼働率 = MTBF / (MTBF + MTTR) と、直列/並列構成での稼働率の求め方（並列は「1 - (故障率の積)」）も必ず手を動かして計算できるようにしましょう。
あるルータの稼働実績から、MTBF（平均故障間隔）が720時間、MTTR（平均修理時間）が8時間だとします。単体の稼働率は 稼働率 = MTBF / (MTBF + MTTR) = 720 / (720 + 8) = 720 / 728 ≒ 0.989（約98.9%）です。ここで、このルータを冗長化していない構成のまま基幹システムの可用性目標「稼働率99.9%以上」を掲げても、単体で98.9%しか出せないため目標未達であることがまず分かります。対策として、同じルータをもう1台用意し、VRRPで並列（アクティブ/スタンバイ）冗長化した場合の稼働率を計算します。並列構成では「両方同時に故障する確率」だけがシステム全体の停止につながるため、故障率（1-稼働率）の積を使い 1台あたりの故障率 = 1 - 0.989 = 0.011、両方同時故障の確率 = 0.011 × 0.011 = 0.000121、よって冗長化後の稼働率 = 1 - 0.000121 = 0.999879（約99.99%）となり、目標の99.9%を上回ります。ただし、この計算は「2台のルータが独立に故障する」ことが前提であり、電源や回線契約が2台で共通（単一障害点）であれば、電源障害時に2台とも同時に落ちてしまい、この稼働率は達成できません。したがって、VRRPによるルータの冗長化だけでなく、電源の二重化（UPS等）・回線の別経路化まで含めたエンドツーエンドのSPOF排除があって初めて、計算上の99.99%という可用性目標が実際に達成できると判断できます。稼働率計算は「冗長化すれば数値上は高くなる」で終わらせず、その前提（独立性の担保）が崩れていないかまで検証するのが実務判断です。
| 構成 | 計算式 | 稼働率 |
|---|---|---|
| 単体ルータ | MTBF/(MTBF+MTTR) | 720/728 ≒ 0.989（約98.9%） |
| 冗長化後（並列2台・独立故障前提） | 1 - (故障率)^2 | 1 - 0.011^2 ≒ 0.99988（約99.99%） |
ひっかけ： 「2台の機器を冗長化すれば計算上の稼働率は自動的に達成される」は誤りです——電源や回線契約など他レイヤに単一障害点（SPOF）が残っていれば、独立故障の前提が崩れ計算通りの可用性は出ません。また「MTTRを長くすれば稼働率は上がる」も誤り＝稼働率の式 MTBF/(MTBF+MTTR) から明らかなように、MTTR（修理時間）は短いほど稼働率は上がり、長くすれば下がります。
5.4.4この節のまとめ
- VRRP/HSRPは仮想IP/MACでゲートウェイを冗長化、リンクアグリゲーションは帯域拡張＋冗長化、経路冗長は動的ルーティングで自動迂回
- 稼働率＝MTBF/(MTBF+MTTR)。並列冗長化の稼働率は1-(故障率の積)で求まるが、独立故障の前提が崩れると成立しない
- 単一障害点（SPOF）は特定レイヤの冗長化だけでなくエンドツーエンド（電源・回線契約含む）で洗い出す必要がある
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理解度チェック
（軽い確認用）Q1. ある部署のLANで、デフォルトゲートウェイとして機能するルータが1台のみ稼働しており、そのルータが故障すると端末は通信不能になる。端末側の設定を変更せずにゲートウェイの冗長化を実現する技術として最も適切なものはどれか。
Q2. あるルータのMTBFが720時間、MTTRが8時間であるとき、このルータ単体の稼働率に最も近い値はどれか。
Q3. 前問のルータ（単体稼働率約98.9%）を同一機種でVRRPにより並列（アクティブ/スタンバイ）冗長化し、稼働率99.9%以上の目標を達成したい。この冗長化構成について最も妥当な判断はどれか。