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FTTHとは ― 光回線の仕組みとONU・OLT

FTTHとは、電話局から各家庭までを光ファイバだけでつなぐ接続方式です。OLT・光スプリッタ・ONUの役割とPONの仕組みを整理します。

目次
  1. FTTHとは
  2. OLT・光スプリッタ・ONUの仕組み
  3. PONの仕組み:下りと上りの違い
  4. ONUとルータ・モデムの違い
  5. FTTHとADSLの違い
  6. 練習問題

FTTHとは、光ファイバを家庭まで直接つなぐ接続方式

FTTH(Fiber To The Home)は、電話局から各家庭までを光ファイバだけでつなぐ接続方式です。光ファイバは信号が弱まりにくいため、電話局から離れた家でも速度が落ちにくくなります。

光ファイバがビルの共用部までしか届かず、各部屋へは電話線やLANケーブルでつなぐ方式もあります。この方式はFTTBと呼び、FTTHとは別の配線方式です。家の近くの道路脇まで光ファイバを引き、そこから先を銅線でつなぐ方式はFTTCと呼びます。以下では、家の中のONUと電話局のOLTがどうつながり、1本の光ファイバを複数の家でどう分け合うかを説明します。

光回線の仕組み:OLT・光スプリッタ・ONUの役割

電話局の建物の中には、光信号と電気信号を変換するOLT(Optical Line Terminal)という装置があります。

OLTは、通信事業者のネットワークから届いたデータを、家庭へ送る光信号に変換し、1本の光ファイバへ送り出します。家庭側から届いた光信号は電気信号に戻し、通信事業者のネットワークへ中継します。

電話局から各家庭までの間には、光信号を複数方向に分ける光スプリッタという機器があります。光スプリッタは電源を使わず、信号を電気に変換せずに光信号のまま分けます。

各家庭には、光信号を電気信号に変換するONU(Optical Network Unit)という装置があります。

ONUは、光ファイバで届いた光信号を電気信号に変換し、ルータなどの機器に渡します。

OLT電話局内電気⇄光を変換光ファイバ1本光スプリッタ電源不要変換しない家庭AONU光⇄電気を変換家庭BONU光⇄電気を変換家庭CONU光⇄電気を変換1本の光ファイバを3軒で分け合う(1対N)
OLTは電気信号を光信号に変換し、ONUは届いた光信号を電気信号に戻します。光スプリッタはこの間で、電源を使わずに光信号のまま分けるだけで、信号の変換は行いません。1本の光ファイバを複数の家庭で分け合う構成を、1対Nと呼びます。

信号を変換するのはOLTとONUだけで、光スプリッタは変換しません。電話局から各家庭まで、1本の光ファイバを個別に引くわけではありません。光スプリッタのところで、1本の光ファイバを複数の家庭に分けています。この構成を1対Nと呼びます。

この仕組み全体をPON(Passive Optical Network)と呼びます。Passiveは受動という意味で、光スプリッタが電源を使わない機器であることを指します。

PONには、いくつかの規格があります。日本の家庭向け光回線で広く使われている規格はGE-PONです。イーサネットの標準化団体IEEEが、IEEE 802.3ahで規定しました。速度は上り・下りとも1Gbpsです。

もう1つの規格はGPONです。国際電気通信連合の勧告ITU-T G.984で規定されています。主に使われる速度は、下り約2.4Gbps・上り約1.2Gbpsです。GE-PONとGPONは、別々の団体が決めた互換性の無い規格です。

PONの仕組み:下りはブロードキャスト、上りは時間を分ける

下り方向(電話局から家庭へ向かう方向)では、OLTは1つの光信号を光スプリッタへ送り出します。この信号は、光スプリッタで分かれたすべてのONUに同時に届きます。この届き方をブロードキャストと呼びます。宛先アドレスの種類を指すIPのブロードキャストとは別で、光信号が物理的に全員へ届くという意味です。

下りのデータには、どのONUあてかを示す識別番号が付いています。各ONUは、自分の識別番号が付いたデータだけを取り出し、残りは捨てます。ただし、ほかの家庭あてのデータも光信号としては届いています。

そこでGPONは、下りのデータをAESという方式で暗号化します。ほかの家庭あてのデータを取り出しても、読めないようにするためです。

上り方向(家庭から電話局へ向かう方向)では、事情が変わります。複数のONUが同じ1本の光ファイバを共有しているためです。同時に光信号を送ると、光スプリッタのところで信号が混ざり合い、OLTで正しく受信できません。

そこでOLTは、各ONUに送信してよい時間をあらかじめ割り当てます。ONUは、割り当てられた時間だけ光信号を送ります。この方式をTDMA(時分割多元接続)と呼びます。

下り:OLTが全員へ同時に送る(ブロードキャスト)OLT家庭AONU家庭BONU家庭CONU同時に送る自分あてだけ受け取る上り:順番に時間を分けて送る(TDMA)OLT家庭AONU家庭BONU家庭CONU①②③
下りはOLTから3軒のONUへ同じタイミングで同時に送るブロードキャストで、全員に届くため、各ONUは自分あてのデータだけを受け取ります。上りは、OLTが割り当てた①②③の順に1軒ずつ送ります。同じ1本の光ファイバを共有しているため、同時に送ると光が混ざって届かなくなるためです。

OLTが割り当てる時間の長さは、固定ではありません。通信量に応じて動的に変える、DBA(動的帯域割り当て)という仕組みがあります。GPONの規格で定められている機能です。

下りと上りでは、使う光の波長も分けています。GE-PONもGPONも、下りは1490nm付近、上りは1310nm付近の波長を使います。波長を分けることで、1本の光ファイバで下りと上りを同時にやり取りできます。この分け方は、回線交換とパケット交換の記事で説明したWDMの考え方です。

光スプリッタで分けるほど、1軒あたりに届く光は弱くなります。そのため、分岐数には現実的な上限があります。日本のGE-PONの設備では、最大32分岐の光スプリッタが使われています。

GPONの勧告では、光の強さから見て64分岐までが現実的とされています。ただし、将来に備えて128分岐まで扱える作りになっています。

届く距離も、規格で決まっています。GE-PONもGPONも、標準的な到達距離は20kmです。GPONには中継装置で距離を延ばす勧告もあり、最大60kmまで届きます。

どちらの規格にも、より速い後継の規格があります。GE-PONの後継は10G-EPONで、IEEE 802.3avで規定されています。GPONの後継はXG-PONで、ITU-T G.987で規定されています。どちらも下り10Gbpsに対応します。

ONUとルータ・モデムの違い

ONUの主な役割は、光信号と電気信号の変換です。前の節で見たとおり、自分あてのデータを取り出す処理や、割り当てられた時間に送る処理も行います。一方で、IPアドレスを振り分ける機能はありません。

ルータは、複数の機器を1つの回線でインターネットにつなぐための機器です。ONUが電気信号に変換したあとのデータを受け取り、各機器にIPアドレスを配ります。

モデムは、アナログ信号とデジタル信号を変換する機器です。ADSLや電話回線で使われてきました。FTTHでは、アナログ信号をやり取りしないため、モデムではなくONUを使います。

光回線のレンタル機器の中には、ONUとルータの機能を1台にまとめたものもあります。ホームゲートウェイという名前の機器には、この一体型のものがあります。

FTTHとADSLの速度・距離の違い

ADSLは、電話線(銅線)に電気信号を流してインターネットにつなぐ方式です。電話局からの距離が延びるほど、信号が弱まります。そのため、電話局から遠い家ほど、速度が大きく下がりました。

FTTHは光信号を使うため、この弱まり方がADSLとは違います。規格で定められた距離の範囲内では、距離による速度低下が実質的にありません。

観点ADSLFTTH
信号の種類電気信号(電話線の銅線を使う)光信号(光ファイバを使う)
距離の影響電話局から離れるほど速度が下がる規格上の距離の範囲内では、距離による速度低下が実質的に無い
下り速度の目安日本のサービスで最大50Mbps程度1Gbps〜10Gbps級
主な用途2000年代に普及。現在は多くの事業者がサービスを終了現在の固定インターネット回線の主流

ADSLは2000年代の日本で広く使われましたが、現在は多くの通信事業者がサービスを終了しています。現在の固定インターネット回線は、FTTHが主流です。

光回線が物理的につながったあと、インターネットに接続する手順にはPPPoEやIPoEという方式を使います。この手順はPPPoEとIPoEの記事で説明しています。

練習問題(全5問)

Q1FTTHの説明として正しいものは?
Q2ONUの役割として正しいものは?
Q3光スプリッタの特徴として正しいものは?
Q4PONの上り方向で、複数のONUが同時に送信すると何が起きる?
Q5FTTHがADSLより、距離による速度の低下が小さい理由として正しいものは?

選んでから「採点する」を押すと、解説つきで答え合わせができます。

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