Replicatieprotocollen

Replicatieprotocollen zijn methoden waarmee in gedistribueerde systemen de toestand van een dienst of database op meerdere knooppunten (nodes) wordt gerepliceerd. Het doel is om betrouwbaarheid, beschikbaarheid en fouttolerantie te verhogen, en lees- en schrijfbeschikbaarheid te verbeteren door redundantie en geografische spreiding. Repliekslogica zorgt voor consistente besluitvorming over updates en het propagëren van wijzigingen door het systeem.

Kernconcepten zijn onder meer state machine replication, consensusalgoritmen en loggebaseerde replicatie. Bij state machine replication wordt elke wijziging als een volgorde van gebeurtenissen in een gezamenlijke log vastgelegd en op alle deelnemende knooppunten uitgevoerd. Consensusalgoritmen zorgen voor een gedragen besluitvorming over welke updates worden toegepast, zelfs bij partitions of node-fouten. Verschillende implementaties gebruiken leader-gedreven of meerderheidsgebaseerde-benaderingen en bevatten mechanismen voor foutherstel, foutenafhandeling en reconfiguratie bij toetreding of vertaling van knooppunten.

Garanties en models omvatten onder meer lineaireerbaarheid (linearizability), sequentiële consistency en uiteindelijke (eventual) consistency. Synchronous en asynchronous replicatie verschillen in de timing van bevestigingen, wat invloed heeft op latency en verliesloze updates bij netwerkstoringen. Veel protocollen ondersteunen total order broadcasting en quorum-based commit waar een meerderheid van knooppunten een update moet bevestigen voordat deze als definitief geldt.

Bekende voorbeelden zijn Paxos, Raft en Zab (gebruikt in Apache ZooKeeper), naast varianten zoals Viewstamped Replication. Toepassingen liggen in gedistribueerde databases, bestandssystemen en configuratiemanagement. Uitdagingen omvatten netwerkpartities, latentie, loggroei en herconfiguratie bij dynamische samenstellingen van clusters.