ONU（光回線終端装置）— 光と電気を変換する

初級・中級の「光⇔電気を変換する」を、上級では変換を担う素子まで下ろします。

1. 送信（電気→光、E／O変換） — 発光素子※1 に電流を流し、電流の強弱を光の強弱（点滅）に変える。デジタルの0／1は、光を消す／点けるに対応する
2. 伝送 — 光ファイバのコア（芯）の中を、光が全反射を繰り返して進む。金属線と違い電気抵抗による発熱がなく、遠距離でも減衰が小さい
3. 受信（光→電気、O／E変換） — 受光素子（フォトダイオード）が届いた光の強弱を電流の強弱に戻す
4. こうして「宅内は電気、宅外は光」という2つの世界を、ONUが両端で橋渡しする

登場人物メモ（※の説明）:

• ※1 発光素子 — 電気を光に変える部品。長距離・高速にはレーザーダイオード、短距離・安価な用途にはLEDが使われる。光の色（波長）はこの素子で決まる

⚠️ イレギュラー（変換ゆえの弱点）:

• 電源が要る — E／O・O／Eの変換には電力が必要。だからONUは停電で止まる（中級の「停電で使えない」の正体はこれ）
• 光は折り曲げに弱い — コア内の全反射は、ファイバを急角度で曲げると崩れて光が漏れ、損失（減衰）が増える

多くの光回線は各家に専用ファイバを引くのではなく、PON（受動光網） で1本を共有します。上級では登場する3者の役割を分けて見ます。

1. 局舎のOLT※1 が、地域をまとめる大元の親機として1本の光を送り出す
2. 途中のスプリッタ※2 が、その1本を電源も判断もなく物理的に複数の枝へ分ける。宛先は見ない
3. 各家のONUが枝の末端で光を受け、宅内の電気信号へ変換する。OLTとONUは1対多で対になる
4. スプリッタが受動（電源不要）なので、局舎と各家の間に電源を置く必要がなく、故障点も少ない——これがPONの経済性の核

登場人物メモ（※の説明）:

• ※1 OLT — Optical Line Terminal。局側の親機。1台で多数のONUを束ね、後述の上り時間枠の割り当てや下りの制御も担う「司令塔」
• ※2 スプリッタ — 光を物理的に分岐する受動素子。分けた数だけ各枝の光は弱くなる（この代償が④の限界につながる）

⚠️ イレギュラー（共有ゆえの前提）:

• 能動素子ではない — スプリッタは増幅も振り分けもしない。だから故障に強い反面、賢い制御はすべて両端（OLTとONU）が持つ
• 1本を分けるほど弱まる — 受動分岐の宿命。強くして配り直すことはできない

外への有線がサーバまでどう続くかは 外のサーバへ を参照。

1本の光ファイバで、双方向かつ複数世帯を両立させる。PONはこれを3つの工夫で解きます。

1. 上りと下りの分離（波長分割多重）※1 — 下り（局舎→宅内）と上り（宅内→局舎）に別々の波長を割り当て、同じ1本の中で色で分けて共存させる
2. 下りは同報＋暗号 — 下りはスプリッタで全世帯へ同じ光を配る（ブロードキャスト）。各ONUは宛先の識別子で自分宛てだけ取り出すが、他家宛ても物理的に届くので暗号化が前提
3. 上りは時分割（TDMA）※2 — 上りは全ONUが同じ波長を共有するので、そのまま送るとぶつかる。OLTが各ONUに送信の時間枠を割り当て、順番に送らせて衝突を防ぐ
4. 距離差で枠がずれないよう、OLTは測距（レンジング）で各ONUの送信タイミングを微調整する

登場人物メモ（※の説明）:

• ※1 波長分割多重 — 1本の光ファイバに複数の波長（色）を同時に流し、色ごとに別チャネルとして使う多重化。上り／下りの分離に使う
• ※2 TDMA — Time Division Multiple Access。時間を細かく区切り、各ONUに送信してよい時間帯を割り当てて共有する方式。上りの衝突回避の中心

⚠️ イレギュラー（さばき方の非対称）:

• 下りと上りで方式が違う — 下りは「全員に配って選ばせる（暗号で守る）」、上りは「順番を決めて送らせる」。同じ1本でも向きで交通整理が別
• 上りは時間の奪い合い — 世帯が同時に多く送ると時間枠が足りず、上りが混みやすい（共有ゆえの混雑）

PONの経済性（1本を分けて安く広く）は、そのまま限界の裏返しでもあります。設計はこのトレードオフの綱引きです。

• 分岐数と距離のトレードオフ — スプリッタは受動なので、分けるほど各枝の光パワーは弱まる。発光から受光までに使える損失量＝光パワーバジェット※1 は有限で、分岐数を増やすほど到達距離は縮む。「たくさん分ける」と「遠くまで届ける」は両立しにくい
• 上り帯域の共有 — 上りはTDMAで時間を分け合うため、世帯が増えるほど1軒あたりの取り分は減る。回線速度の「最大」は理論値で、混雑時間帯の体感はこの共有に左右される
• 光の減衰 — 距離・コネクタ接続・急な曲げ・経年で光は少しずつ弱まる。バジェットを食い尽くすと、認証（登録）できない・リンクが不安定になる

登場人物メモ（※の説明）:

• ※1 光パワーバジェット — 送信側の光の強さと、受信側が認識できる最小の強さの差（＝途中で失ってよい損失の上限）。分岐・距離・接続の損失をこの範囲に収める設計が要る

⚠️ イレギュラー（限界を動かす手立て）:

• 世代交代で底上げ — より高速な世代（10G級のPONなど）は、波長や変調を見直して速度と共有効率を上げるが、分けるほど弱まる物理は残る
• 専有したいなら別方式 — 分岐せず1対1で光を引く方式（各戸専用）なら共有の混雑は消えるが、ファイバも局側ポートも世帯数ぶん要り、コストが跳ね上がる。PONは「安さ」と「共有の妥協」を選んだ設計

• 「光だから無限に速い」という誤解 — 上りはTDMAの共有帯域。理論最大と、混雑時の実効は別物
• 暗号を軽視する — 下りは全世帯に同報される前提。暗号化があって初めて他家に覗かれない。方式を知らないと危険を過小評価しがち
• 分岐比を欲張る — 世帯を詰め込むほど光は弱まり距離が縮む。バジェットを超えると一部の遠い世帯だけ不安定になり、原因が見えにくい
• 曲げ・コネクタの損失を見落とす — 1か所の急な曲げや汚れた接続が、積み上がってバジェットを食い潰す。物理は正直で、少しずつ効いて最後に落ちる
• ONUとルーターの役割を混同する — 光の共有・変換はONU（物理層〜変換）、IPの振り分けはルーターの仕事。一体型（ホームゲートウェイ）でも内部の役割は別。詳しくは ゲートウェイ と ルーター を参照

まとめ——ONUの上級は、変換（E／O・O／E）／共有（PONと受動スプリッタ）／交通整理（波長分割＋下り同報＋上りTDMA）／限界（分岐数・距離・帯域・減衰）という4層で読めます。「1本を安く分け合う」という設計思想と、その代償が同じ物理から生まれている——ここが見えると、光アクセス網の速度表記や混雑の理由が、すべて地続きに理解できます。