FTTHとは ― 光回線の仕組みとONU・OLT

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。