Redundanz

Redundanz heißt wörtlich Überfluss. In der Technik ist sie das Gegenteil von Verschwendung: Was über das Notwendige hinaus vorhanden ist, springt ein, wenn das Notwendige ausfällt oder verfälscht wird. Der Begriff hat je nach Fachgebiet eine eigene Ausprägung.

In der Informationstheorie

Eine Nachricht ist redundant, wenn sie mehr Zeichen enthält, als für ihren Informationsgehalt nötig wären. Gemessen wird das als Differenz zwischen der größtmöglichen und der tatsächlichen Entropie einer Quelle; die relative Redundanz ist 1 − H/Hmax.

Natürliche Sprache ist hoch redundant — deshalb lässt sich ein Text mit Tippfehlern noch lesen. Die Nachrichtentechnik nutzt beide Richtungen:

  • Kompression entfernt Redundanz, damit weniger Daten übertragen werden müssen.
  • Kanalcodierung fügt gezielt Redundanz hinzu, damit Übertragungsfehler erkannt oder korrigiert werden: Paritätsbit, CRC, Hamming-Code, ECC-Speicher, Vorwärtsfehlerkorrektur.

Wie viel Redundanz ein Code für eine bestimmte Fehlerkorrektur braucht, beschreibt die Hamming-Distanz.

In IT und Netzwerken

Hier bedeutet Redundanz doppelt vorhandene Komponenten oder Wege:

EbeneBeispiele
SpeicherRAID, gespiegelte Datenbanken, Backups
ServerCluster, Load Balancing, Failover
Netzzwei Uplinks, Link-Bündelung mit LACP, redundante Gateways mit VRRP oder HSRP, Schleifenschutz mit STP
Standortzweites Rechenzentrum, Georedundanz

Ziel ist, jeden Single Point of Failure zu beseitigen.

Betriebsarten

ArtErsatz ist …Umschaltzeit
Heiße Redundanz (Hot Standby)in Betrieb und synchronkeine oder Sekundenbruchteile
Warme Redundanz (Warm Standby)eingeschaltet, aber nicht synchronSekunden bis Minuten
Kalte Redundanz (Cold Standby)ausgeschaltet oder im LagerMinuten bis Stunden

In Stromversorgung und Rechenzentrum

In der Gebäudetechnik wird Redundanz mit einer Notation beschrieben, die vom Bedarf N ausgeht — N ist die Zahl der Einheiten, die die Last gerade so tragen.

NotationBedeutungBeispiel bei 1 MW Last und 500-kW-Geräten
Nkeine Reserve2 Geräte
N+1eine Reserveeinheit3 Geräte
N+2zwei Reserveeinheiten, auch während einer Wartung abgesichert4 Geräte
2Nalles doppelt, in zwei getrennten Systemen2 × 2 Geräte
2N+1zwei getrennte Systeme, jedes mit Reserve2 × 3 Geräte

Der Unterschied zwischen N+1 und 2N ist grundsätzlich: N+1 sichert gegen den Ausfall eines Geräts, aber alle hängen am selben System — fällt die gemeinsame Schiene, fällt alles. 2N baut zwei unabhängige Pfade und übersteht auch den Ausfall eines ganzen Systems.

Welche Stufe ein Rechenzentrum erreicht, beschreiben die Verfügbarkeitsklassen der EN 50600 und die Tier-Klassifizierung des Uptime Institute.

Grenzen

Gemeinsame Ursache. Redundante Komponenten schützen nicht, wenn sie aus demselben Grund gleichzeitig ausfallen — dieselbe Firmware, dieselbe Charge, derselbe Raum, derselbe Brand. Dagegen hilft Diversität: verschiedene Hersteller, verschiedene Wege, verschiedene Orte.

Ungetestete Reserve. Eine Reserve, die nie umgeschaltet wurde, ist eine Hoffnung. Deshalb gehören Umschalttests zum Betrieb, im Rechenzentrum bis zum Black Building Test.

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