K. Felten: Internet Network infrastucture
Fachhochschule Kiel, Fachbereich IuE
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Definition nach DIN40041 Als Zuverlässigkeit ( reliability ) gilt die Fähigkeit einer Betrachtungseinheit innerhalb vorgegebener Grenzen denjenigen durch den Anwendungszweck bedingten Anforderungen zu genügen, die an das Verhalten ihrer Eigenschaften während einer gegebenen Zeitdauer gestellt sind. Einfacher ausgedrückt:
"Ein System arbeitet dann zuverlässig, wenn es immer das tut, was es soll."
Wichtige Begriffe Fehler Ausfall
Störung
Eine unzulässige Abweichung von dem vorgesehenen Verhalten wird als Fehler ( defect ) bezeichnet. Beispiel: Eine einzelne Taste einer Tastatur ist schwergängig. Überschreitet ein Fehler eine Grenzbedingung, so spricht man von einem Ausfall ( failure, fault ). Beispiel: Eine Taste gibt keinen Kontakt, so daß die zugeordneten Zeichen nicht erzeugt werden können. Ist ein Ausfall vorhersehbar ( weil ein Fehler mit zunehmender Schwere vorausgeht ), so spricht man von einem Driftausfall. Beispiel: Farbband eines Druckes ist abgenutzt. Tritt ein Ausfall plötzlich und ohne vorhergehende Anzeichen auf, so spricht man von einem Sprungausfall. Beispiel: Ausfall eines Plattenlaufwerks durch "head crash". Die Beeinträchtigung oder der Ausfall einer Funktion wird als Störung bezeichnet. Dabei unterscheidet man: • permanente Störung = dauerhafte Störung • transiente Störung = vorübergehende Störung
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
Systemzustände Ein System befindet sich entweder im Zustand betriebsbereit oder ausgefallen. Bei komplexen Systemen muß genau definiert werden, welche Störungen als Ausfall des Systems gewertet werden.
Der Wechsel zwischen den Zuständen erfolgt sprunghaft und meistens stochastisch. Man unterscheidet Zeiten • der Betriebsbereitschaft TB = TB1, TB2, .., TBn • des Ausfalls TA = TA1, TA2, .., TAn Mittlerer Ausfallabstand ( MTBF = Mean Time Between Failtures ) ist ein statistischer Mittelwert für den durchschnittlichen Zeitabstand zwischen zwei Ausfällen. Ausfallrate
=1/MTBF
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Mittlere Instandsetzungsdauer ( MTTR = Mean Time To Repair ) ist ein statistischer Mittelwert für die durchschnittliche Dauer einer Reparatur. Ausfallzeit und Reparaturzeit werden dabei als gleich angenommen, d.h., es wird vorausgesetzt, das die Ausfallzeit nur durch die Reparaturzeit bedingt ist - sonstige Einflüsse, wie z. B. fehlendes Geld für die Reparatur, sind nicht berücksichtigt. Instandsetzungsrate = 1/MTTR
Verfügbarkeit Die Wahrscheinlichkeit, ein System zu einem beliebigen, zufälligen Zeitpunkt im Zustand betriebsbereit vorzufinden, wird als Verfügbarkeit bezeichnet und wie folgt berechnet:
1
n
V
=
∑ TB tg i = 1 i
V
=
MTBF MTBF + MTTR
mit
tg = Gesamtzeit
Hinweis: Einen genauen Wert erhält man nur, wenn die Gesamtzeit tg sehr groß ist in Bezug auf MTBF. Beispiel: MTBF =2000h MTTR = 4h
⇒ V = 99.8%
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
Zuverlässigkeits-Blockdiagramm Mit Hilfe von Zuverlässigkeits-Blockdiagrammen kann die Abhängigkeit der Zuverlässigkeit von einzelnen Komponenten anschaulich dargestellt werden. Ein Blockdiagramm dient als Grundlage für die Berechnung der Zuverlässigkeit bzw. Verfügbarkeit von komplexen Systemen.
Serien-Anordnung A 1
A 2
A n
A i = K o m p o n e n te n
V1
V2
Vn
V i = V e r f ü g b a r k e it e n
Merkmal: Eine Funktion ist nur dann verfügbar, wenn alle Komponenten der Betrachtungseinheit ( z. B. eines Gerätes ) funktionsfähig sind. Berechnung:
V ges
=
n
∏ Vi
i =1
;
MTBF ges
=
1 n
1
i=1
MTBF i
∑
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
Parallel-Anordnung Merkmal: Eine Funktion ist verfügbar, wenn mindestens eine Komponente ( A1 .. An ) verfügbar ist.
Berechnung:
A1
A2
An
V1
V ges
= 1−
n
∏ (1 −
i =1
V ) i
V2
Vn
Verfügbarkeit komplexer Systeme
Durch die Kombination von Serien- und Parallelanordnungen kann, analog zu elektrischen Netzwerken, die Verfügbarkeit komplexer Systeme berechnet werden.
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Beispiel Drucken eines Lieferscheins mit einem Netzwerkdrucker Client Ethernet-LAN 1
Repeater Ethernet-LAN 2
Server
Terminalserver
Drucker 1
Drucker 2
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Verfügbarkeits-Blockdiagramm
V1 = 99.5%
Client
V2 = 99.9%
LAN 1
V3 = 99.8%
Repeater
V4 = 99.9
LAN 2
V5 = 99.5
Server
Drucker 1
Terminalserver
V7 = 99.7%
Drucker 2
V8 = 99.2%
V6 = 99.0%
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Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
Rechnen mit Verfügbarkeiten Aufgabe: Für ein Rechnersystem soll die vereinbarten Mindest-Verfügbarkeit von V= 99.8% in einem Probebetrieb nachgewiesen werden: Dauer des Probebetriebs: 720 h (30 Tage) Der Probebetrieb gilt als erfolgreich, wenn max. ein Ausfall auftritt und die Reparaturzeit dabei
