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しまさん，こんにちわ。

私もそんなに詳しくないのですが，
一口にONUといっても，中身は一つではありません。
たとえば，NTT東のBフレッツの場合，
ニューファミリータイプは光ファイバを途中で分岐させますが，
ビジネス／ベーシックは分岐しません。
分岐するのとしないのとでは，光ファイ内を流れる信号も違いますし，
光信号をユーザインタフェース（Bフレッツの場合はイーサネット）用の
電気信号に変換する方法も違います。

だから，ONUという言葉で全部をひとまとめにして考えるのではなく，
Bフレッツのビジネス／ベーシック用の回線終端装置とか，
ニューファミリー用の回線終端装置とか，
有線ブロードネットワークスの回線終端装置，
といった具合に別のものして考えた方がよいでしょう。

ちなみに，Bフレッツのビジネス／ベーシック用の回線終端装置や
有線ブロードネットワークスの回線終端装置は
イーサネットのメディアコンバータだと思います。
ニューファミリーの回線終端は，PON系の技術を使ったもののはずです。
PDSとか，PONというキーワードで検索すると解説のページが見つかるのでは．．．

それから，回線終端装置から先は，ATMとは限らないですね。
ADSLの場合は，標準がそう定めているので大半の事業者はATMのセルが流れますが，
中には，ATMを使わない事業者もあります。
もちろん，それは非標準なのですが．．．

それから，広域イーサネットの中にイーサネットのフレームがそのまま流れるかどうか
という疑問ですが，答えはイエスでありノーでもあります。
要するに，イーサネットのパケットを運べればいいわけですから，
それを電気や光の信号に直接乗せてもいいですし，
EoMPLSといった技術を使って，別のフレームの中に入れてもかまいません。
大半の通信事業者は，複数の技術を組み合わせてサービスを実現しているはずですが，
その組み合わせ方は通信事業者によって異なるでしょう。