Tính Sẵn Sàng (Availability) là gì? Ứng dụng & Nguyên lý hoạt động

Tính Sẵn Sàng (Availability) là một trong ba trụ cột cốt lõi của An Toàn Thông Tin (ATTT) và là yếu tố sống còn đối với mọi hệ thống công nghệ. Trong thế giới số hóa, nơi dịch vụ phải hoạt động 24/7, việc đảm bảo tính sẵn sàng cao (High Availability – HA) không chỉ là mục tiêu kỹ thuật mà còn là yêu cầu kinh doanh bắt buộc để duy trì uy tín và tránh thiệt hại tài chính.

Bài viết này sẽ đi sâu giải thích Tính Sẵn Sàng là gì, các thành phần cấu tạo, vai trò quan trọng của nó trong bảo mật, và những nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp tối ưu hóa Availability cho hệ thống của bạn.

Tính Sẵn Sàng (Availability) là gì?

Khái niệm tính sẵn sàng trong CNTT

Trong Công nghệ Thông tin (CNTT), Tính Sẵn Sàng (Availability) là thước đo độ bền và khả năng truy cập của một hệ thống, ứng dụng, hoặc dịch vụ.

Nó được định nghĩa bằng tỷ lệ thời gian hệ thống thực sự hoạt động (hoặc dịch vụ đang vận hành thành công) chia cho tổng thời gian hệ thống được dự kiến hoạt động. Công thức cơ bản là:

Availability = (Thời gian hoạt động thực tế (Uptime) / Tổng thời gian dự kiến hoạt động) x 100%

Kết quả thường được biểu thị dưới dạng phần trăm (%).

Ý nghĩa của tính sẵn sàng đối với hệ thống, dữ liệu và dịch vụ

Tính sẵn sàng có ý nghĩa then chốt:

• Duy trì kinh doanh liên tục: Đảm bảo các quy trình kinh doanh thiết yếu, ứng dụng và dịch vụ luôn có thể truy cập được cho người dùng cuối (khách hàng hoặc nhân viên) mà không bị gián đoạn.
• Bảo vệ uy tín: Mỗi phút gián đoạn dịch vụ (downtime) có thể làm giảm niềm tin của khách hàng và ảnh hưởng nghiêm trọng đến thương hiệu, đặc biệt trong các ngành dịch vụ tài chính, thương mại điện tử hoặc y tế.
• Giảm thiểu thiệt hại: Gián đoạn dịch vụ trực tiếp dẫn đến mất doanh thu, chi phí khắc phục sự cố và khả năng bị phạt do vi phạm thỏa thuận mức dịch vụ (SLA).

Tính sẵn sàng tiếng Anh là gì? (Availability – Definition)

Trong tiếng Anh, Tính Sẵn Sàng là Availability. Khái niệm này thường đi kèm với các thuật ngữ quan trọng khác như High Availability (HA) (Tính sẵn sàng cao) và Fault Tolerance (Khả năng chịu lỗi).

Các thành phần của tính sẵn sàng

Để đạt được tính sẵn sàng cao, cần có sự kết hợp của nhiều thành phần cốt lõi:

Tính sẵn có (Availability)

Đây là khía cạnh cốt lõi, tập trung vào việc đảm bảo hệ thống đang hoạt động và có thể truy cập được theo đúng kế hoạch. Nó là kết quả của việc kết hợp thời gian hoạt động và thời gian phục hồi sau sự cố.

Tính sẵn dùng (Usability)

Tính sẵn dùng (hay khả năng sử dụng) liên quan đến việc người dùng có thể dễ dàng sử dụng hệ thống một khi đã truy cập được. Một hệ thống có thể “sẵn sàng” (đang chạy) nhưng nếu giao diện bị lỗi hoặc phản hồi chậm đến mức không thể làm việc, nó vẫn không đạt chuẩn “sẵn dùng”.

Tính mềm dẻo và độ sẵn sàng cao của hệ thống

Độ sẵn sàng cao (High Availability – HA) là một tập hợp các kỹ thuật và kiến trúc được thiết lập để đảm bảo một mức độ sẵn sàng nhất định, thường là 99.9% trở lên. Tính mềm dẻo (Scalability) là khả năng mở rộng hoặc thu hẹp tài nguyên (CPU, RAM, băng thông) một cách linh hoạt để đáp ứng sự thay đổi của tải công việc, từ đó tránh được sự cố do quá tải.

Khả năng phục hồi (Resilience) & tính chịu lỗi (Fault Tolerance)

• Khả năng phục hồi (Resilience): Khả năng của hệ thống phục hồi nhanh chóng và trở lại trạng thái hoạt động bình thường sau một sự cố hoặc tấn công mạng.
• Tính chịu lỗi (Fault Tolerance): Khả năng của hệ thống duy trì hoạt động liên tục (không bị gián đoạn) ngay cả khi một hoặc nhiều thành phần bên trong gặp lỗi.

Vai trò của tính sẵn sàng trong an toàn thông tin (ATTT)

Tính sẵn sàng trong mô hình tam giác CIA

Tính sẵn sàng là một trong ba yếu tố tạo nên mô hình bảo mật thông tin cơ bản: CIA Triad.

1. Tính Bảo Mật (Confidentiality): Đảm bảo thông tin chỉ được truy cập bởi những người có thẩm quyền.
2. Tính Toàn Vẹn (Integrity): Đảm bảo thông tin không bị thay đổi hoặc phá hủy trái phép.
3. Tính Sẵn Sàng (Availability): Đảm bảo người dùng có thẩm quyền có thể truy cập thông tin và tài nguyên khi cần.

Nếu một hệ thống bảo mật tuyệt đối nhưng không thể truy cập được (ví dụ: bị tấn công DDoS), thì tính sẵn sàng đã bị vi phạm.

Tính sẵn sàng của thông tin là gì?

Tính sẵn sàng của thông tin là việc đảm bảo rằng dữ liệu, hệ thống lưu trữ dữ liệu và các kênh truyền dẫn dữ liệu luôn hoạt động và cho phép người dùng truy cập kịp thời và không bị cản trở.

Ví dụ về tính sẵn sàng trong ATTT

Một cuộc tấn công Tấn công từ chối dịch vụ (DDoS) là ví dụ điển hình về việc vi phạm tính sẵn sàng. Kẻ tấn công làm tràn ngập tài nguyên mạng hoặc máy chủ bằng lưu lượng truy cập giả mạo, khiến hệ thống quá tải và không thể phục vụ các yêu cầu hợp lệ từ người dùng thực.

So sánh: Tính bảo mật – Tính toàn vẹn – Tính sẵn sàng

Khía Cạnh	Mục tiêu chính	Ví dụ về biện pháp kỹ thuật
Bảo Mật (Confidentiality)	Ngăn chặn truy cập trái phép	Mã hóa dữ liệu, Kiểm soát truy cập (ACL), Xác thực đa yếu tố (MFA)
Toàn Vẹn (Integrity)	Ngăn chặn thay đổi trái phép	Chữ ký số, Hàm băm (Hashing), Kiểm soát phiên bản
Sẵn Sàng (Availability)	Đảm bảo truy cập liên tục	Cơ chế dự phòng (Redundancy), Sao lưu (Backup), Cân bằng tải (Load Balancing)

Tính sẵn sàng của hệ thống và dữ liệu

Tính sẵn sàng của hệ thống là gì?

Đây là khả năng của một hệ thống máy tính, máy chủ hoặc ứng dụng hoạt động không bị lỗi trong một khoảng thời gian dài. Nó là một phép đo thống kê thường được tính bằng số “chín” (nines) như sau:

col span=”6″

Hệ thống thường được phân loại theo mức độ tính sẵn sàng dựa trên số lượng “chín” (nines). Tùy thuộc vào chi phí gián đoạn của bạn, ngay cả 1% thời gian ngừng hoạt động (tương đương 4 ngày/năm) cũng có thể gây tổn thất đáng kể.

/col

Tính sẵn sàng	Số lượng “chín”	Thời gian gián đoạn tối đa mỗi năm	Thường được mô tả là
99.9%	Ba số chín	Dưới 526 phút (8.76 giờ)	Có sẵn
99.99%	Bốn số chín	Dưới 53 phút	Độ sẵn sàng cao
99.999%	Năm số chín	Dưới 5 phút	Chịu lỗi

Các hệ thống có độ sẵn sàng từ “bốn số chín” trở lên thường được gọi là hệ thống có Độ Sẵn Sàng Cao (HA) hoặc Chịu lỗi (Fault Tolerant).

Tính sẵn sàng của dữ liệu và ứng dụng

Tính sẵn sàng không chỉ áp dụng cho phần cứng mà còn cho dữ liệu và các ứng dụng. Dữ liệu phải luôn có thể truy cập, nhất quán và không bị hỏng. Ứng dụng cần được thiết kế để phục hồi nhanh chóng, ví dụ như sử dụng các cụm cơ sở dữ liệu (database clusters) hoặc kiến trúc Microservices để một lỗi trong dịch vụ nhỏ không làm sập toàn bộ ứng dụng.

Tính sẵn sàng của sản phẩm trong công nghiệp & IoT

Trong các môi trường công nghiệp (như nhà máy sản xuất, lưới điện thông minh) và Internet of Things (IoT), tính sẵn sàng là cực kỳ quan trọng. Sự cố của một cảm biến, PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) hoặc máy chủ SCADA có thể dẫn đến việc ngừng sản xuất, thiệt hại thiết bị, hoặc thậm chí là nguy hiểm về an toàn. Các hệ thống này yêu cầu độ bền bỉ cao, thường là Fault Tolerance (chịu lỗi) để đảm bảo hoạt động không gián đoạn.

Nguyên lý hoạt động của tính sẵn sàng

Tính sẵn sàng cao được xây dựng dựa trên một số nguyên lý kỹ thuật cốt lõi:

Nguyên lý phân tán (Distributed)

Thay vì tập trung tất cả tài nguyên vào một điểm duy nhất (single point of failure), kiến trúc phân tán chia nhỏ công việc và dữ liệu ra nhiều máy chủ hoặc vị trí địa lý khác nhau. Nếu một máy chủ hoặc khu vực bị lỗi, các thành phần khác vẫn có thể tiếp quản.

Redundancy – Cơ chế dự phòng để tăng availability

Redundancy (Dự phòng) là nguyên lý cơ bản nhất. Nó liên quan đến việc nhân đôi (hoặc nhân nhiều lần) các thành phần quan trọng của hệ thống, như nguồn điện (UPS, máy phát điện), ổ đĩa cứng (RAID), hoặc toàn bộ máy chủ. Khi thành phần chính gặp sự cố, thành phần dự phòng sẽ tự động chuyển sang hoạt động.

Replication – Nhân bản dữ liệu

Replication (Nhân bản) là việc sao chép dữ liệu theo thời gian thực hoặc gần thời gian thực giữa các máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu khác nhau. Điều này đảm bảo rằng nếu máy chủ chính bị hỏng, dữ liệu mới nhất vẫn có sẵn trên các máy chủ dự phòng.

Failover – Chuyển đổi khi hệ thống gặp sự cố

Failover (Chuyển đổi dự phòng) là quá trình tự động chuyển hướng các yêu cầu dịch vụ từ thành phần bị lỗi sang thành phần dự phòng đang hoạt động. Đây là một cơ chế tự động, giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động xuống gần như bằng không.

Load balancing – Cân bằng tải giúp hệ thống luôn hoạt động

Load Balancing (Cân bằng tải) phân phối lưu lượng truy cập đến qua nhiều máy chủ. Điều này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất bằng cách ngăn chặn quá tải cho một máy chủ, mà còn tăng tính sẵn sàng: nếu một máy chủ trong nhóm ngừng phản hồi, bộ cân bằng tải sẽ tự động loại bỏ nó và chỉ gửi lưu lượng truy cập đến các máy chủ còn lại.

Tính sẵn sàng cao (High Availability – HA)

Tính sẵn sàng cao là gì?

High Availability (HA) là một tiêu chuẩn thiết kế và vận hành hệ thống nhằm mục đích loại bỏ các điểm lỗi đơn lẻ (Single Point of Failure – SPoF) và đảm bảo dịch vụ luôn hoạt động liên tục. HA thường yêu cầu ba số chín (99.9%) trở lên.

Cách đánh giá chỉ số sẵn sàng (Uptime %)

Chỉ số sẵn sàng được đánh giá qua tỷ lệ thời gian hoạt động (Uptime). Ví dụ:

Độ Sẵn Sàng	Uptime (%)	Downtime Tối Đa/Năm	Downtime Tối Đa/Tuần
99.9%	99.9%	8 giờ 45 phút	10 phút 05 giây
99.99%	99.99%	52 phút 36 giây	1 phút 01 giây
99.999%	99.999%	5 phút 15 giây	6 giây

Các mô hình triển khai High Availability

HA thường được triển khai dưới các mô hình cụm (Cluster) chính:

• Active – Active: Cả hai (hoặc nhiều hơn) máy chủ trong cụm đều xử lý lưu lượng truy cập và yêu cầu dịch vụ cùng một lúc. Khi một máy chủ lỗi, máy chủ còn lại sẽ tiếp nhận toàn bộ tải. Ưu điểm: Tối ưu hóa hiệu suất và sử dụng tài nguyên.
• Active – Standby: Chỉ có một máy chủ (Active) hoạt động và xử lý yêu cầu. Máy chủ còn lại (Standby) ở chế độ chờ, đồng bộ dữ liệu và sẵn sàng tiếp quản ngay lập tức khi máy chủ Active thất bại (Failover). Ưu điểm: Đơn giản và dễ quản lý trạng thái.
• Cluster HA: Một nhóm các máy tính làm việc cùng nhau như một hệ thống duy nhất. Các giải pháp Cluster HA (ví dụ: Kubernetes, VMware HA) giám sát tình trạng và tự động khởi động lại ứng dụng hoặc chuyển đổi máy ảo khi phát hiện lỗi.

Ưu điểm & hạn chế của HA

Khía Cạnh	Ưu điểm	Hạn chế
Ưu điểm	Giảm thiểu tối đa downtime, bảo vệ doanh thu và uy tín, đáp ứng yêu cầu SLA nghiêm ngặt, tăng hiệu suất tổng thể.	Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn do cần tài nguyên dự phòng (gấp đôi hoặc hơn), kiến trúc và vận hành phức tạp hơn, cần chuyên môn cao để quản lý.

Yêu cầu về tính sẵn sàng trong mạng & IPv6

Yêu cầu về tính sẵn sàng với IPv6

Trong mạng IPv6, tính sẵn sàng không chỉ liên quan đến máy chủ mà còn liên quan đến khả năng truy cập mạng liên tục. Do việc mở rộng địa chỉ và nhu cầu kết nối lớn hơn, các cơ chế mạng IPv6 phải đảm bảo tính mềm dẻo và dự phòng ở cấp độ địa chỉ và định tuyến.

Cơ chế mạng giúp tăng Availability

Các giao thức mạng cung cấp tính sẵn sàng:

• RA (Router Advertisement): Cho phép các thiết bị IPv6 tự động tìm và cấu hình cổng mặc định, đảm bảo kết nối mạng nhanh chóng.
• SLAAC (Stateless Address Autoconfiguration): Cho phép thiết bị tự động gán địa chỉ IP mà không cần máy chủ DHCP, giảm điểm lỗi đơn lẻ.
• DHCPv6 (Dynamic Host Configuration Protocol for IPv6): Cung cấp cấu hình mạng tập trung, nhưng cũng cần được triển khai dự phòng (ví dụ: máy chủ DHCPv6 Hot Standby).

Bảo đảm tính sẵn sàng khi mở rộng hệ thống

Khi hệ thống mở rộng (Scale Out), cần áp dụng các nguyên tắc sau để đảm bảo tính sẵn sàng:

• Phân tán địa lý (Geo-Redundancy): Triển khai Data Center ở nhiều khu vực để chống lại thiên tai hoặc sự cố diện rộng.
• Định tuyến thông minh (Anycast/BGP): Sử dụng các giao thức định tuyến tiên tiến để tự động chuyển hướng lưu lượng đến trung tâm dữ liệu gần nhất hoặc trung tâm dữ liệu đang hoạt động.

Ứng dụng của tính sẵn sàng trong thực tế

Trung tâm dữ liệu (Data Center)

Các Data Center hiện đại phải tuân thủ các cấp độ TIER (I-IV) về tính sẵn sàng. Cấp độ TIER IV yêu cầu dự phòng tuyệt đối (Fault Tolerance) với hệ thống nguồn, làm mát và mạng N+N.

Hệ thống Server – Cloud – Ảo hóa

• Cloud Computing: Các nhà cung cấp dịch vụ đám mây (AWS, Azure, GCP) xây dựng HA vào kiến trúc của họ thông qua các Vùng Sẵn Sàng (Availability Zones) và Dịch vụ Quản lý (Managed Services) với Failover tự động.
• Ảo hóa (Virtualization): Các nền tảng như VMware và Hyper-V cung cấp tính năng HA, tự động di chuyển hoặc khởi động lại Máy ảo (VM) trên các máy chủ vật lý khác khi máy chủ hiện tại gặp sự cố.

Hệ thống tự động hóa & công nghiệp

Trong môi trường OT (Operational Technology), tính sẵn sàng của các hệ thống điều khiển như SCADA, DCS, và PLC là cực kỳ quan trọng để đảm bảo dây chuyền sản xuất không bị gián đoạn và an toàn vận hành.

Ứng dụng trong sản xuất thông minh, SCADA & MES

Các hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) và MES (Manufacturing Execution System) yêu cầu khả năng chịu lỗi gần như 100%. Lỗi phần cứng hoặc phần mềm có thể dẫn đến thiệt hại vật chất. Do đó, các giải pháp điện toán biên (Edge Computing) chịu lỗi như Stratus ftServer hoặc ztC Edge thường được sử dụng để đảm bảo độ sẵn sàng 5 số chín (99.999%).

Cách cải thiện tính sẵn sàng cho hệ thống

Thiết kế kiến trúc dự phòng

Bắt đầu bằng việc thiết kế kiến trúc không có điểm lỗi đơn lẻ. Áp dụng dự phòng ở mọi cấp độ: Mạng (hai đường truyền), phần cứng (nguồn kép, RAID), và máy chủ (Failover Cluster).

Bảo trì định kỳ & giám sát hệ thống

Thường xuyên cập nhật phần mềm, firmware, và kiểm tra sức khỏe hệ thống để ngăn ngừa sự cố. Triển khai các công cụ giám sát (Monitoring Tools) để nhận diện và cảnh báo sớm các vấn đề tiềm ẩn (ví dụ: nhiệt độ cao, tài nguyên cạn kiệt).

Sử dụng Load Balancer & Clustering

Triển khai Bộ cân bằng tải (Load Balancer) để phân phối tải và sử dụng các công nghệ Clustering (cụm máy chủ) để tự động hóa quá trình chuyển đổi dự phòng, giảm thiểu RTO (Recovery Time Objective).

Chính sách Backup – Restore

Thiết lập chiến lược sao lưu toàn diện:

• Sao lưu định kỳ: Đảm bảo dữ liệu được sao lưu thường xuyên (hàng giờ/hàng ngày).
• Thử nghiệm khôi phục: Quan trọng nhất là thường xuyên kiểm tra quy trình khôi phục (Restore) để đảm bảo dữ liệu có thể được truy xuất và hệ thống có thể hoạt động trở lại trong thời gian RTO đã đặt ra.

Triển khai bảo mật để tránh gián đoạn dịch vụ

Bảo mật là một phần của tính sẵn sàng. Áp dụng các biện pháp như tường lửa, hệ thống phát hiện/ngăn chặn xâm nhập (IDS/IPS) và chống DDoS để bảo vệ hệ thống khỏi các cuộc tấn công có thể làm gián đoạn dịch vụ.

Triển khai sao lưu và khôi phục dữ liệu

Dù hệ thống có đáng tin cậy đến đâu, vẫn tồn tại những giới hạn. Trong nhiều trường hợp, không chỉ độ sẵn sàng của hệ thống mà cả việc bảo vệ dữ liệu và đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu cũng rất quan trọng.

Các doanh nghiệp có chiến lược toàn diện về độ sẵn sàng thường thực hiện sao lưu dữ liệu định kỳ và duy trì hệ thống dự phòng. Nếu hệ thống sản xuất gặp sự cố nghiêm trọng, họ có thể nhanh chóng khôi phục dịch vụ trên hệ thống dự phòng và truy xuất dữ liệu từ bản lưu trữ.

Thiết lập hệ thống sao lưu và khôi phục yêu cầu chuyên môn và kỹ năng. Thời gian khôi phục có thể dao động từ vài giờ đến vài ngày, tùy thuộc vào ứng dụng, dung lượng dữ liệu và sự sẵn có của linh kiện thay thế.

Sử dụng cụm hệ thống (clustering) và dịch vụ chuyển đổi dự phòng (failover) tự nhiên và ảo hóa

Đối với một số doanh nghiệp, việc khôi phục dịch vụ sau vài giờ hoặc vài ngày có thể chấp nhận được. Nhưng với những doanh nghiệp có chi phí gián đoạn cao, họ cần một giải pháp mạnh mẽ hơn để đảm bảo ứng dụng và dữ liệu luôn sẵn sàng.

Cụm hệ thống và chuyển đổi dự phòng hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự như sao lưu và khôi phục, nhưng rút ngắn thời gian phục hồi bằng cách thực hiện một số bước chuẩn bị trước, chẳng hạn như nhân bản hệ thống để có thể hoạt động ngay lập tức khi cần. Nhiều hệ thống được kết hợp lại và chia sẻ dữ liệu với nhau.

Thông thường, một hệ thống chính (primary) sẽ chịu trách nhiệm cung cấp ứng dụng và dữ liệu cho người dùng, trong khi hệ thống phụ (secondary) đóng vai trò dự phòng, có thể ở trạng thái chờ (passive) hoặc chạy các ứng dụng khác (active). Khi hệ thống chính gặp sự cố, ứng dụng sẽ “chuyển đổi dự phòng” (failover) sang hệ thống phụ và tiếp tục hoạt động, miễn là kết nối với dữ liệu được duy trì.

Với sự phát triển của công nghệ ảo hóa, các khái niệm về cụm hệ thống và chuyển đổi dự phòng đã được mở rộng sang các hệ thống ảo. Ngày nay, công nghệ ảo hóa và cụm hệ thống được sử dụng để kết hợp các hệ thống vật lý, đồng thời hỗ trợ chuyển đổi dự phòng cho các ứng dụng chạy trên máy ảo (VM), tận dụng tính di động của VM.