【NWエンジニア向け】固定系と移動体ネットワークの構成を徹底比較(アクセス、トランスポート、コア層)

固定系ネットワーク（ブロードバンド・有線ISPなど）と移動体ネットワーク（セルラーネットワーク、モバイルキャリアなど）の構成要素を、「アクセス」「トランスポート」「コア」という3つの観点から比較・解説する記事です。ネットワークエンジニア向けに、インフラ構成や技術的要点にフォーカスしてまとめてみます。

はじめに

ネットワークインフラは大きく「アクセス」、「トランスポート」、「コア」という3階層に分割して考えることが一般的です。

固定系ネットワークと移動体ネットワークは、提供サービスやユーザー環境はもちろんのこと、これらの層で採用される技術、アーキテクチャ、運用上の要件も大きく異なります。

本記事では、固定系（Fiber to the Home (FTTH), xDSL, ケーブルネットワークなど）と移動体（LTE, 5Gなど）を例に、アクセス、トランスポート、コア層でどのような違いがあるのか、要点を整理します。

なお、それぞれの定義は以下の通りです。

アクセス層（Access Layer）の違い

固定系アクセス

固定系アクセスの特徴は、専用または準専用的な物理経路（光ファイバー、銅線、同軸ケーブル）が各顧客宅まで敷設されており、基本的には「敷設した物理ラインに基づく1:1または1:複数（PON構成）の静的な提供」を行う点にあります。

帯域幅は光アクセスであれば100Mbpsから10Gbpsクラスまで増速が可能であり、安定した低遅延かつ高スループットが期待できます。

物理リンクが固定であるため、トポロジや最適化は比較的シンプルで、保守・運用の対象も特定しやすいというメリットがあります。

FTTH（GPON, EPONなど）

光ファイバーを用いたアクセスネットワーク(局舎側OLT～宅内ONT/ONU)のこと。PONとは、1本の光ファイバーに多数の加入者回線をまとめる技術のこと。

xDSL（VDSL、ADSLなど）

メタル(電話)回線上でのデジタル伝送技術の総称。既存の電話線(ツイストペアケーブル)を活用し、高速データ通信を行うために開発された。

DOCSIS（ケーブルインターネット）

CMTS(ケーブルテレビ局側に設置される複数のケーブルモデムを集線・管理する装置)、ケーブルモデム(各加入者側宅)、同軸ケーブルで構成される。

移動体アクセス

移動体アクセスは、無線による共有メディアを用いている点が最大の特徴です。電波資源は有限であり、同一セル内のユーザが共有するため、瞬間的なトラフィック変動やセル境界でのハンドオーバなど、動的要因が多く存在します。

5G NRでは高周波数帯(millimeter wave)やMassive MIMOなど新しい技術を駆使し、アクセスレイヤでのスループットや遅延特性は改善されつつあるものの、依然として無線特有の変動性・不確実性が支配的です。

また、ユーザは常に移動することが前提であるため、セル設計（カバレッジ、キャパシティ）やQoS制御（スライシング、動的なRANリソース割り当て）がアクセス層の設計上重要な課題になります。

無線基地局（eNodeB、gNodeB）

・eNodeB：3GPPが策定する4G LTEの無線基地局。LTEの無線アクセス網をE-UTRANと呼び、その中核を担う機器のこと。機能として、端末(UE：User Equipment)との接続確立、リソース割り当て、スケジューリングなどを実行したり、ハンドオーバー(端末が移動しても途切れない接続)を実現する。

・gNodeB：5G NRの無線インターフェース管理(UEとの接続確立、リソース割り当て、ビームフォーミングなど)を行ったり、5Gコアとのやり取り、ネットワークスライシングなどを行う。

無線アクセス技術（LTE, 5G NR）

・LTE：3GPPによる4G移動通信システムの一種。LTEは空中無線区間の規格名称で、コア網はEPCと呼ぶ。

・5G NR(New Radio)：第5世代移動通信の無線インターフェース。ビームフォーミング（アンテナ素子を多数束ね、通信品質を向上）やネットワークスライシング（5GCと連携し、ネットワークを論理的に分割する技術）などを行う。

トランスポート層（Transport Layer）／アグリゲーション層の違い

共通部分（固定系・移動体）

MPLS(Multiprotocol Label Switching)

ネットワーク層のパケットに対して、ラベルを付与し、そのラベルをもとにパケット転送する技術。ルータ間でラベルをスワップしながら高速フォワーディングを行う。VPNサービスや帯域予約などを実現する。

Segment Routing

MPLSのラベル(Segment)を事前に定義された経路要素として使用し、パケットが通る経路をソースやコントローラが決定できる新しい手法。

固定系トランスポート

固定系ネットワークのトランスポート層は、比較的安定した物理基盤（光ファイバ）が前提であり、トラフィックは地理的に固定された拠点間を結ぶ形で設計されています。

冗長化やトラフィックエンジニアリングはMPLSやSR(Segment Routing)などのプロトコルを用いて行われ、将来のスケーラビリティや帯域拡張もトランジスタビリティ（10GbEから400GbEなど）を意識して計画的に進めます。

固定系では、ピークトラフィックが比較的予測しやすく、冗長経路確保やQoSは、光伝送やイーサネットスイッチング技術で柔軟に対処できます。

OTN（Optical Transport Network）

デジタル階層で光信号をフレーミングして運ぶトランスポート技術。SDH/SONETの後継として登場。

WDM

一芯の光ファイバに複数の波長の光を同時に流すことで大容量化を実現する技術。大きくはCWDMとDWDMに分かれ、DWDMでは波長間隔を狭くし、多チャネル化することで大容量を確保。

高速イーサネット（10/100/400GbE）

イーサネット標準で定義された10Gbps通信。光ファイバやツイストペアでの利用が可能。

移動体トランスポート

C-RANアーキテクチャ

“Centralized”または“Cloud” RANの略。ベースバンドユニットを集中化/仮想化し、無線ユニット(RU)との間を高速・低遅延のデジタル回線で結ぶ新しい構成。

・フロントホール
RU（アンテナ／無線部）とDU（ベースバンド処理部）が接続される区間。4GではCPRI (Common Public Radio Interface)、5GではeCPRIなどのパケットベースに移行しており、極めて低遅延かつ高スループットが要求される。

・ミッドホール
DUとCUの間の区間。RUだけを分散配置し、DU/CUはある程度集約されることで、RAN処理を段階的にオフロード。

・バックホール
CU（RAN）とコアネットワーク(5GC/EPC)を結ぶ従来からの“上位”回線。LTE時代のS1インターフェイス、5GならNGインターフェイスを介し、端末トラフィックをコアに渡す。

• フロントホール、ミッドホール、バックホール構成（C-RANアーキテクチャ）
• 時間同期（IEEE 1588, SyncE）要求の厳格化
• MPLS, Segment Routing, SRv6などのIP/MPLSトランスポート

移動体ネットワークでは、基地局とコア間を結ぶトランスポートネットワークが「バックホール」と呼ばれ、さらに基地局構成が分散型から集中型(C-RAN)への移行に伴い、BBUとRRU間の「フロントホール」やその中間にあたる「ミッドホール」といった新たな概念が登場しています。

無線アクセスの高度化に伴い、フロントホールではきわめて低遅延かつ高精度な時間同期が要求され、専用のトランスポート技術や配置計画が必要です。

また、トラフィックはユーザの移動に応じてダイナミックに変動するため、トランスポート側もスライスやディスアグリゲーションなど柔軟性のあるアーキテクチャが求められます。

コア層（Core Layer）の違い

共通部分（固定系・移動体）

IP/MPLS基盤

・コアネットワークの基本的な転送面は、IP/MPLSやセグメントルーティングなどの技術を用いた高スループット・高信頼のルーティング／スイッチング基盤。

・伝送網（WDM/OTNなど）を利用して各拠点やデータセンタを収容し、パケットコアとしてL3/L2 VPNを実現する構造は共通。

SDNコントロール／オーケストレーション

・ネットワーク機能を集中的に制御し、サービスの自動化を実現するためのSDNアーキテクチャ（SDNコントローラ、API、オーケストレーション）。

・ネットワークスライシングやマルチテナント管理など、ソフトウェア的にネットワークを分割／抽象化する仕組みも共通の潮流。

NFV基盤（NFVI＋VNF/CNF）

・汎用サーバ上で仮想化されたネットワーク機能（VNF/CNF）を動かすためのインフラ（NFVI）やクラウドネイティブ基盤（Kubernetes等）。

・ファイアウォール、ロードバランサ、NAT、DNS、AAAサーバなど、共通して利用できる汎用的なネットワーク機能は仮想化して運用する。

セキュリティおよび運用管理要件

・DDoS対策、暗号化、アクセス制御などの基本的なセキュリティ要件。

・コアネットワーク全体の冗長化や障害管理、トラフィック監視、OSS/BSSによる運用・課金管理などの運用面は概ね共通。

・エンドユーザ向けサービス提供の際の課金・認証・ログ管理など（AAA）も基本的仕組みは類似。

仮想ネットワークやE2E品質保証

・サービス毎・顧客毎の論理ネットワークを素早く構築（L2/L3VPNなど）し、必要に応じて帯域やQoSを柔軟に制御したいという要望は共通。

・オーケストレーションと連携したE2Eサービス管理（DevOps/CI-CDやセルフポータルなど）も共通の方向性。

固定系のコアネットワーク特有

固定系コアネットワークは比較的シンプルで、BNGを中心としたユーザ認証・課金・QoS制御機構がコアでの主な役割となります。

コアルータ間は高容量かつ低遅延の光伝送をベースに構築されており、ユーザトラフィックはアクセス層でのサービス集約を経てコアへと収束します。

基本的には大規模だが比較的安定したトポロジで、レイヤ3スイッチングを中心としたIPネットワークが主流です。

BNG（Broadband Network Gateway）/BRAS

固定系のコアネットワークの中心的役割を担う。ブロードバンドネットワークに接続する加入者用のアクセスポイントのこと。接続がBNGとCPE(宅内装置)間で確立されていれば、ユーザーはブロードバンドサービスにアクセスできる。

BNGは加入者アクセスを効率的に管理するため、以下のような機能を提供する。

　・加入者セッションの認証、許可、アカウンティング

　・アドレス割り当て

　・セキュリティ

　・ポリシー管理

　・QoS

　・PPPoE, IPoEなどのアクセス認証・集約機能

　・シンプルなL3コアルーティング

具体的な商品としてはCiscoのASR9000シリーズなどがあります。

参考

Cisco ASR 9000 シリーズ アグリゲーション サービス ルータ ブロードバンド ネットワーク ゲートウェイ コンフィギュレーション ガイド リリース 4.3.x – ブロードバンド ネットワーク ゲートウェイの概要 [Cisco ASR 9000 シリーズ アグリゲーション サービス ルータ]

Cisco

OLT/DSLAM/CMTSなど(アクセス装置との連携)

・FTTx(PON)のOLT、xDSLのDSLAM、CATVのCMTSなど、物理的アクセスラインの集線装置とコアネットワークを接続する必要。

・vOLTやホワイトボックスOLTといった制御プレーンの仮想化は進むものの、光回線やメタル線での物理層は固定固有。

vCPE/SD-WANの導入

vCPEとは、ルーターなどの宅内機器を、仮想的にネットワーク側に設置する技術のこと。お客さま自身で機器設定をアップデートすることなく最新機能を使えるため、常にセキュアな通信環境の提供が可能になる。

以下はvCPEによるユースケースの一例。

・企業向けネットワークサービスでは、拠点ルータやセキュリティ機能をクラウドへオフロード(vCPE)するアーキテクチャが普及しつつある。

・SD-WANサービスとして、インターネット回線やMPLS VPNを統合し、アプリケーションに応じた経路制御や帯域最適化を提供するのも固定系に強いニーズ。

移動体コアネットワーク特有

EPC(Evolved Packet Core)

3GPPが規定するネットワークのコアネットワークアーキテクチャ。LTEの無線区間(eNodeB)と連携し、パケット交換を中心にデータ通信を制御する。

5GC

5Gネットワーク向けのコアアーキテクチャ。サービスベースアーキテクチャ(SBA)を採用し、各機能(NF：Network Function)がAPIベースで相互連携する構造になっている点が大きな特徴。

• EPC(Evolved Packet Core), 5GC(5G Core)
• AMF/SMF/UPFなどの機能分割・仮想化（クラウドネイティブNF）
• ネットワークスライシングやMEC(Multi-access Edge Computing)との連携

移動体コアは、EPC(4G)や5GC(5G)といった特有のコアネットワークアーキテクチャを持ち、認証（AUSF）、セッション管理（SMF）、ユーザプレーン処理（UPF）など機能が細かく分割・仮想化されています。

5GコアではクラウドネイティブなNF（Network Function）を活用し、マイクロサービス化やスケーリングを容易にしています。また、ネットワークスライシングにより、異なるQoS要求を持つサービス（eMBB、URLLC、mMTCなど）をコアで論理的に分離して扱うことができます。

さらに、MEC(Multi-access Edge Computing)と呼ばれるエッジコンピューティング基盤がコア側とも密接に連携し、分散配置による遅延低減やローカルブレークアウトなど、固定系コアにはないユニークなソリューションが導入可能です。

まとめ

• アクセス層：
  固定系は物理的な専用線ベースで比較的安定、高スループットを容易に確保できるのに対し、移動体は無線特有の動的変動、セル設計、ユーザ移動性への対応が必須となります。
• トランスポート層：
  固定系はシンプルな点対点、L2/L3光伝送を基盤とする一方、移動体はフロントホール・ミッドホール・バックホールといった複層構造や、精密な時間同期、NFV/SDNなど柔軟性とスケーラビリティが重要になります。
• コア層：
  固定系コアはBNGなどを中心としたIPベースの安定した集約・認証基盤であるのに対し、移動体コアはEPC/5GCに代表される仮想化・クラウドネイティブなNFを活用し、ネットワークスライシングやMECとの連携で高度な機能性と柔軟性を発揮します。

これらを踏まえると、固定系はシンプルかつ安定した大容量ブロードバンドを軸に発展しており、移動体は無線特性とモビリティ管理を前提に進化し続けていると言えます。ネットワークエンジニアとしては、これらの違いを理解し、それぞれのネットワーク特性に合わせた設計指針・運用戦略を立てることが求められます。