光ファイバーネットワークのトポロジーとアーキテクチャ
2 台のトランシーバーと 1 本の光ファイバーがあればリンクが 1 本できます。ネットワークとは、そのリンクを何百と組み合わせたものです。リンクの配置(ポイントツーポイント、リング、ツリー、メッシュ、スター)によって、ルートに必要な光ファイバーの心数、ケーブル切断時に何が起こるか、両端にどの光モジュールを搭載するか、設備をどう記録するかが決まります。このページでは、データセンター、キャンパス、アクセスネットワーク、伝送網で使われるトポロジー、規格が定める構造化配線の階層、FTTx アーキテクチャ、光ファイバー心数の計画、保護方式について、それぞれに伴う光モジュールとあわせて解説します。

基本トポロジー
| トポロジー | 構造 | リンクあたりの光ファイバー心数 | 保護 | 代表的な光モジュール | 用途 |
|---|
| ポイントツーポイント、デュプレックス | 光ファイバー 2 心で A ↔ B を接続 | 2 | なし(または経路の異なる予備の 1 対) | SR/LR/ER、DAC/AOC | あらゆる用途 |
| ポイントツーポイント、シングルファイバー BiDi | 光ファイバー 1 心、2 波長 | 1 | なし | BiDi ペア(1310/1490、1270/1330) | 光ファイバーが限られるルート、FTTx |
| ポイントツーポイント WDM | MUX/DEMUX により 1 対で N チャネルを伝送 | N サービスに 2 心 | システムにより異なる | CWDM/DWDM モジュール(CWDM、DWDM) | メトロ、キャンパス間接続 |
| スター / ハブアンドスポーク | 各拠点を中心ノードに接続 | スポークあたり 2 心 | 2 つのハブへのデュアルホーミング | 距離に応じた LR/ER | キャンパス、企業 WAN |
| リング | ノードをループ状に接続、双方向トラフィック | 2 心(シングルリング)または 4 心(デュアルリング) | 構造上備わる:反対側の経路 | LR/ER、OADM を用いた DWDM | メトロ、キャリアアクセス、公益事業 |
| ツリー(PON) | OLT の光ファイバー 1 心を 1:32–1:128 で ONU に分岐 | フィーダー 1 心、加入者ごとに 1 心 | Type B/C 保護(オプション) | PON 光モジュールの等級(PON の仕組み) | FTTH |
| メッシュ | 多対多 | 多数 | 再ルーティング | ROADM/コヒーレント | コア伝送 |
| リーフ・スパイン(折り畳み Clos) | すべてのリーフをすべてのスパインに接続 | リンクあたり 2 心 | 設計上、複数経路 | SR4/DR4/AOC(役割とトポロジー) | データセンター |
| バス / リニアアッド・ドロップ | 1 つのルート上にノードを配置 | 2 心 | なし | OADM | パイプライン、鉄道 |
構造化配線の階層(TIA-568 / ISO 11801)
| 要素 | 役割 | 光ファイバーの選択 | 備考 |
|---|
| 引き込み設備 | 通信事業者のケーブルが引き込まれる場所、屋外 → 屋内の移行点 | 通信事業者のケーブルに準ずる | 定格品(NEC 770)でない限り、屋外用ケーブルの屋内引き込みは 15 m 以下 |
| 機器室 / 主クロスコネクト(MC) | コアスイッチ、ODF | OS2 | すべてのバックボーンがここで終端する |
| バックボーン(垂直 / キャンパス) | MC ↔ 中間クロスコネクト(IC) ↔ 水平クロスコネクト(HC) | OS2(建物内の短距離は OM4) | キャンパス SMF は 2 000 m 以下、クロージャあたり通常 12–48 心 |
| 通信室(TR/HC) | フロア配線 | — | アクセススイッチ |
| 水平配線 | TR → 作業エリアのアウトレット、90 m 以下 | 主に銅線、集中配線方式では光ファイバー(300 m 以下の OM3/OM4) | デスクまでの光ファイバー配線は稀だが存在する |
| データセンター(TIA-942) | MDA → IDA → HDA → EDA(ZDA はオプション) | MPO を用いた OM4/OS2 トランク | 下記の ToR、EoR、MoR パターンを参照 |
データセンターの配線パターン
| パターン | 配線 | 光モジュール |
|---|
| ラック上部配置(ToR) | 同一ラック内のサーバーを DAC でスイッチに接続、スイッチはアップリンクを構造化光ファイバーでスパインへ | DAC 3 m 以下、SR4/DR4/AOC アップリンク |
| 列端 / 列中央配置(EoR/MoR) | サーバーを列全体にわたって配線し、列の端 / 中央のスイッチに接続 | AOC または SR 光モジュール、10–30 m、光ファイバーは増えるがスイッチは減る |
| 構造化 MPO トランク + カセット | MDA と HDA/EDA 間の 12/24 心トランク、カセット内で LC へブレークアウト | 任意のデュプレックス光モジュール、極性方式 A/B/C(ブレークアウトと MPO) |
| 直結ポイントツーポイント MPO | QSFP ポート間をトランクで直結(SR4/DR4) | パラレル光モジュール、コネクターが少ない |
| レール最適化(AI) | 各 GPU NIC を別々のリーフに接続 | 主に AOC/DR4(AI クラスタの配線) |
FTTx アーキテクチャ
| アーキテクチャ | 光ファイバーの到達点 | 最終区間 | アクティブ機器 | 光モジュール |
|---|
| FTTH(PON) | 家庭まで | スプリッターから 1 心 | OLT + ONU | GPON/XGS-PON 等級、スプリッター比 1:32–1:64 |
| FTTH(P2P イーサネット、AON) | 家庭まで | 家庭ごとに専用光ファイバー | イーサネットスイッチ + CPE | 1G/10G BiDi シングルファイバー |
| FTTB | 建物まで | 建物内は銅線(イーサネット/VDSL/G.fast) | 建物内スイッチ/DSLAM | 1G/10G LR アップリンク |
| FTTC / FTTN | キャビネット/ノードまで | 銅線上の VDSL | 街頭 DSLAM | 1G/10G LR、CWDM |
| FTTA | アンテナまで | RRU まで光ファイバー | RRU/AAU | 10/25G フロントホール光モジュール(フロントホール) |
| FTTx(WDM-PON / TWDM) | 家庭まで | 光ファイバー 1 心、ユーザー/グループごとに波長を割り当て | NG-PON2 | 波長可変 ONU 光モジュール |
PON の分岐アーキテクチャには 2 種類あります。集中型(キャビネットに 1:64 のスプリッターを 1 台設置、柔軟性が高く接続点は 1 か所)と、カスケード/分散型(沿線に 1:4、続けて 1:16 を配置、フィーダー光ファイバーは少なくて済むがクロージャが増え、損失が約 0.5 dB 増加)です(ODN 等級)。
光ファイバー心数の計画
| ルール | 理由 |
|---|
| デュプレックスサービスあたり 2 心、BiDi/PON 加入者あたり 1 心 | 基準 |
| バックボーン経路には 50–100 % の予備を追加 | 土木工事費用は光ファイバー費用をはるかに上回る、後から敷設すると費用が増す |
| 屋外ケーブルは 12 心を下回らないこと、建物間は 24–48 心、メトロトランクは 96–288 心、データセンターへの管路は 864 心以上 | 融着接続とリボン心数の粒度による |
| 管路スペースが制約となる場合は光ファイバーの代わりに WDM を計画 | 1 対で 8–96 サービス |
| 保護経路には別の光ファイバー(またはケーブル)を使用 | 同じケーブル内の 2 対目は掘削事故に耐えられない |
| 監視(RFTS)と将来の PON スプリッター用に光ファイバーを予備確保 | — |
| ダークファイバーのリースか、波長/イーサネットサービスか | ダークファイバー:光モジュールを自分で選び、設備も自分で管理する、マネージド波長サービス:光モジュールの規則は提供事業者が定める |
保護と経路分離
| 方式 | 方法 | 切替時間 | 光ファイバーコスト |
|---|
| 無保護 | 単一経路 | — | 1× |
| 1+1 | トラフィックを 2 つの別経路に送信し、受信側が選択 | 50 ms 未満 | 2× |
| 1:1 / 1:N | 障害時に待機経路を有効化 | 50 ms〜数秒 | 2× または共有 |
| リング(ERPS G.8032、MPLS-TP、OTN、SNCP) | リングの反対方向へ再ルーティング | 50 ms 未満 | リング用光ファイバー |
| メッシュ復旧 | コントロールプレーンが新しい経路を検出 | 数秒 | 共有予備容量 |
| PON Type B / C | 冗長 OLT ポート / トランク / 完全二重化 | 数秒 | フィーダー光ファイバー +1 心 |
| デュアルホーミング(2 ノードへの LAG/MLAG/ECMP) | L2/L3 マルチパス | サブ秒 | アクセスリンク 2×(フォワーディングの基礎) |
経路分離とは物理的に分離した経路を意味します。管路が異なる、建物への引き込み口が異なる、道路の反対側を通る、といった構成です。同じ溝に収めた 2 本のケーブルは、同じ掘削機で同時に切断される危険を共有します。
遅延
| 媒体 | 遅延 | 備考 |
|---|
| 標準的な光ファイバー | ≈ 4.9 µs/km(n ≈ 1.47) | 100 km で片道 ≈ 0.5 ms |
| ホローコアファイバー | ≈ 3.3 µs/km | トレーディング、HPC(光ファイバーの種類) |
| 銅線 / マイクロ波 / 自由空間 | ≈ 3.3 µs/km | 直線経路ではマイクロ波が光ファイバーより速い |
| ホップごとの追加分 | スイッチ 1–10 µs、ルーター 10–100 µs、400G 以上の光モジュールの FEC/DSP で 100–300 ns、コヒーレント DSP は µs 単位 | ガラスではなく機器による |
トポロジーの記録
どの光ファイバーネットワークにも、経路図(GIS)、ケーブルと光ファイバーの番号体系、クロージャごとの融着接続図、ODF ポートマップ、クロスコネクト記録、光ファイバーごとの試験結果、変更履歴が必要であり、これらは常に最新の状態に保ちます(保守と復旧、 設置と経路)。
CodingBox では
トポロジーによって光モジュールのリストが決まります。シングルファイバーのスポークには BiDi ペア、ツリーには PON 等級、共有対には CWDM/DWDM チャネル、MPO トランクには並列 SR4/DR4 です。 CodingBox は現場に届く前に、納品される各モジュールを波長、チャネル、PMD、電力クラスの観点でそのリストと照合します(Check transceiver、 Code database)。
トポロジーを常に把握できる状態に保つには、識別子の体系、ラベル、融着接続台帳、GIS、記録が必要です。詳しくは文書化とラベリングを参照してください。これらのトポロジーのノードにある機器(トランスポンダー、ROADM、OLT、保護用スイッチ、メディアコンバーター)については、 伝送・アクセス機器を参照してください。