光ファイバーの仕組みとは？光でデータを運ぶ5段階と、速いと言われる本当の意味

家の壁の近くに、細くて軽い線が一本入ってきていて、箱に「光」と書いてある。電気の線なら分かるけれど、光でどうやって動画やページが届くのでしょうか。

光ファイバーの仕組みは、データを光の点滅に変え、細いガラスの芯の中を外へ漏らさず進ませて、受け取る側で点滅をデータに戻すことです。 線の中を流れているのは電気ではなく、ごく速く点いたり消えたりする光です。

第35話「光ファイバーの中を光はどう進む？」の透明な道をたとえにしながら、実際の通信に戻して順に見ます。

光ファイバーの仕組み：データが光の合図になり、戻るまでの5段階

スマホやパソコンの中のデータは、0と1の並びです。遠くへ運ぶとき、通信機器はこの0と1を光の点滅に置き換えます。モールス信号のように光を点けたり消したりして合図を送る、と考えると近いです。本物はもっと速く細かく制御されていますが、入口はこれで足ります。

流れは5段階です。

1. 端末やルーターから通信のデータが出る
2. 機器がデータを光の合図（光信号）に変える
3. 光信号が光ファイバーの中を進む
4. 受け取る側の機器が光信号を読み取る
5. データに戻って、画面やアプリの処理へ渡る

家の光回線で2と4を受け持つのが、ONUという箱です。光ファイバー側の光信号と、家の中の機器が扱う電気信号を、ここでつなぎ替えます。

ユイ

光ファイバーは速い、とは聞きます。でも中で何が起きているんですか？

ピコ

データを光の合図に変えて、細い道の中を進ませているんだ

イト

ケーブルの中に小さな光の道路がある、みたいに考えればいいのかな

ここで一つ不思議なことがあります。光は横に広がるはずなのに、なぜ何kmも先まで線の中にとどまるのでしょうか。

光ファイバーの中で光が外へ漏れずに進む理由（芯と周りの層）

光ファイバーの中心には、光が進む細いガラスの芯があります。その周りを、芯とは光の曲がり方がわずかにちがうガラスの層が包んでいます。この差があるため、芯の中を進む光は境目に当たると内側へ跳ね返され、外へ出ません。光は壁に当たるたびに芯へ戻されながら、先へ先へと進みます。

ピコルートのたとえでは、芯が透明な道路、周りの層が道路の壁です。壁があるから、光は道路の外へこぼれません。

壁にも限度があります。線を強く折り曲げたり、傷つけたり、接続部分が汚れたりすると、光が外へ漏れて信号が弱くなります。だから光ファイバーは外側の被覆で守られ、家の中でも、机の脚で踏んだり直角に折ったりしない扱いが大事です。

マコト

光が速いだけでなく、道そのものを守ることも大事なんだね

ユイ

接続や曲げ方で変わる場合があるなら、線の扱いも通信の一部ですね

家の壁から見えるこの一本は、光ファイバーのごく一部です。同じ仕組みの線が、どこまで続いているのでしょうか。

光ファイバーが使われる場所：家の光回線から海底ケーブルまで

「光信号でデータを運ぶ」という仕組みは同じまま、太さ、本数、守り方を変えて、いろいろな場所で使われています。

家の中と外で役割がどう分かれるかは光回線の仕組みに、国をまたぐ線はインターネット海底ケーブルとはにあります。距離が長くなるほど、途中で光を増幅する中継や、頑丈な保護が加わります。

利用者が自分で触れるのは、家の中の配線とONU、ルーターまでです。つながらないときは、家の中の線、ONU、ルーター、回線事業者側、サービス側の順に分けて見ると、問い合わせ先を間違えずにすみます。

光は速い。では、光回線にすれば動画は止まらなくなるのでしょうか。ここで「速い」の意味を二つに分けます。

光ファイバーが「速い」の意味：光の速さと通信速度（Mbps）は別

一つめは、光信号が線の中を進む速さです。二つめは、1秒あたりにどれだけのデータを運べるかという通信容量で、回線の表示で見るMbpsやGbpsはこちらです。光ファイバーが評判になる「速い」は、おもに二つめの、一度にたくさん運べることを指しています。

一つめの速さにも限りがあります。海外のサーバーとやり取りするときは、光でも往復に時間がかかり、距離や経路がレイテンシとして表れます。

そして動画が止まるかどうかは、光ファイバーの区間だけでは決まりません。家の中のWi-Fiの電波、ルーター、回線の混雑、サーバー側の混雑、配信のやり方が全部関わります。光ファイバーは大きな道ですが、道の出入口が細ければ、体感はそこで決まります。

光ファイバーの道を、身近な通信で一つたどるワーク

家や学校、仕事で使っている通信を一つ思い浮かべて、空欄を埋めてみてください。

光ファイバーが関わりそうな場所は、家の回線 / 会社の回線 / データセンター / 海底ケーブル のうち＿＿＿＿＿＿です。
そこで運ばれているのは、ページ / 動画 / 音声 / メッセージ / その他 のうち＿＿＿＿＿＿です。
体感に影響しそうな条件は、Wi-Fi / ルーター / 回線混雑 / サーバー側 / 距離 のうち＿＿＿＿＿＿です。

答えの例:

• 光ファイバーが関わりそうな場所は、家の回線です。
• 運ばれているのは、動画です。
• 体感に影響しそうな条件は、Wi-Fiと回線混雑です。

光ファイバーの仕組みでよくある質問

Q1. 光ファイバーは、曲がったケーブルの中でも光が進みますか？

A. ゆるい曲がりなら進みます。芯の境目で光が内側へ跳ね返されるからです。強く折り曲げると境目で跳ね返しきれず、光が漏れて信号が弱くなります。

Q2. 光ファイバーなら、遠い国のサーバーでも待ち時間はなくなりますか？

A. なくなりません。光にも進む時間があり、距離と経路のぶんだけ往復の時間（レイテンシ）がかかります。

Q3. 家の光回線と海底ケーブルは同じものですか？

A. 「光信号でデータを運ぶ」仕組みは同じです。本数、太さ、途中の増幅、守り方が、距離と用途に合わせて変わります。

光ファイバーの仕組みは、ONUの箱で確かめられる

最初の壁の線に戻ります。あの中では、ONUが作った光の点滅が、ガラスの芯の中で跳ね返りながら進み、通信事業者の設備まで届いています。電気の線と違うのは、運んでいるのが電気ではなく光の点滅で、細い道から漏れずに遠くまで進むことです。

今すぐ確かめるなら、家でONUと書かれた箱を探し、そこに入っている線のうち、どれが光ファイバー（細くて軽い線）で、どれが家の中へ向かうLANケーブルかを見てみてください。光の区間と電気の区間の境目が、その箱です。その先、海の底を同じ光がどう渡るかは、海底ケーブルの仕組みへ続きます。