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La 3G comment ça marche

19 octobre 2010 7 646 vues 5 commentaires
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Crédit photo : Hussein Abdallahh (flickr)

C’est un titre un peu accrocheur, mais en vérité je vais vous parler des GSM en général et plus particulièrement de ce que certains appellent l’internet mobile qui, sauf rares exceptions, n’en est pas.

Quelques généralités sur les GSM

On parle de 3G pour désigner les connexions en mobilité parce que c’est la dernière technologie déployée à grande échelle permettant théoriquement un débit à peu près correct. Hormis le débit, le fonctionnement est le même que les générations précédentes (respectivement EDGE et GPRS)

En vérité, ces deux derniers ne sont pas respectivement 2G et 1G. Ils sont tous les deux des évolutions dans la famille du 2G qui a commencée par le GSM qui ne prévoyait aucunement le transfert de données façon modem. Le 1G quand à lui, c’est le bon vieux Radiocom2000.

On ne parle plus des masses de réseau cellulaire. C’est pourtant une tres bonne description du fonctionnement des mobiles.

Non, le portable dans votre poche ne cause pas avec un satellite situe dans la stratosphere. Il parle avec ces gros tubes gris ou blanc plantés sur les toits des immeubles ou en haut de grands poteaux dans les endroits ou il n’y a pas de points hauts disponibles.

En zone rurale, il n’y a souvent qu’une seule cellule disponible. Lorsque vous arrivez à la limite geographique d’une cellule, il est generalement possible de capter la suivante (ou pas).

En zone urbaine, généralement, plusieurs cellules se recouvrent les unes les autres. Votre telephone va selectionner tout seul celle qui offre la meilleure qualité de transmission. Si pendant une communication votre mobile s’aperçoit qu’une autre station offre mieux, tout ce petit monde (votre mobile, l’ancienne et la nouvelle station) se mettent d’accord pour vous laisser parler tranquillement sans vous interrompre.

Notez que si vous passez une frontière et que vous perdez (par exemple) le réseau français, il y a fort à parier que votre mobile vous raccrochera au nez avant d’accrocher le réseau du pays voisin ou vous pourrez peut-être rétablir la communication si votre opérateur d’origine dispose d’accord (roaming) avec un ou plusieurs opérateur du pays ou vous venez d’arriver.

A propos des passages de frontières, vous noterez qu’il n’est pas rare de capter les réseaux étrangers à plusieurs kilomètres de la frontière. La prudence est de rigueur, le tarif d’une communication ou d’une connexions à internet depuis un autre réseau que le sien chiffre très vite sur la facture. Tout téléphone normalement constitué vous permet de verrouiller un seul et unique opérateur pour être sur d’éviter ce genre de blague si vous habitez une zone concernée.

Comment fonctionne la discussion entre un mobile et le réseau ?

Chaque équipement mobile est, en principe, muni d’une carte amovible permettant d’identifier la ligne correspondante (carte SIM). Le téléphone, lui, a un numéro unique d’identification (IMEI). Lorsqu’on démarre le téléphone, on tape le code de la carte SIM pour la déverrouiller, ce qui permet au téléphone de récupérer, sur la carte, le numéro IMSI identifiant l’abonné et la ligne. Ce numéro contient le code du pays de l’abonné (MCC), le code du réseau de l’opérateur d’origine dans le pays (MNC) et un numéro d’identification propre à l’opérateur (MSIN).

Partant de la, le téléphone va analyser la qualité du signal des différentes cellules situées à porté d’antenne et se connecter à la meilleure. Il ne cessera jamais, tant qu’il est allumé, d’analyser ces qualités pour sauter de cellule en cellule lorsque l’usager se déplace.

Pour éviter les vols virtuels d’identité d’abonnés, le numéro IMSI se promène le moins possible. Il n’est en principe transmis qu’a l’allumage du téléphone. A chaque association entre le téléphone et le réseau, un numéro temporaire (TMSI) est généré pour garantir la confidentialité de l’IMSI. Une table de correspondance IMSI/TMSI est conservée par l’opérateur.

Le numéro de série du téléphone, quant à lui, peut être bloqué par l’opérateur. C’est normalement le cas lors d’un vol. Cette base de numéro à bloquer incluse dans la base mondiale EIR est en théorie utilisée par tous les opérateurs rendant ainsi, toujours théoriquement, le vol de mobile inutile et contre productif. Force est de constater que ça ne doit pas si bien marcher que ça.

Les différents débits et normes utilisées

Jusqu’à présent, je vous ai surtout parlé de la voix. Celle-ci fonctionne très bien en 2G et n’a pas besoin de 3G. D’ailleurs, la 3G est désactivée lorsque vous êtes en communication voix. Mais la couverture réseau est loin d’être complète en 3G. Il arrive donc souvent, surtout si vous vous baladez beaucoup, que votre téléphone arrive dans une zone ou il n’y a pas de 3G. Aucun problème pour la voix, puisque la 3G n’importe que peu, mais par contre, pour les data, vous remarquerez que vous perdez systématiquement votre liaison lors d’un passage 3G->2G.

Pourquoi ? Parce que le téléphone va renégocier la connexion avec la nouvelle station de base à laquelle il doit causer sans possibilité de maintenir le flux de données. Le passage inverse (2G->3G) est moins tranchant mais pas parfait non plus.

L’organisation du réseau

Un petit mot sur le réseau en lui-même. Au bout des grosses antennes qu’on voit un peu partout, on a deux solutions :

  • Ce n’est qu’un relais, on trouvera tout près une antenne ronde qui pointe vers une autre station un peu plus loin
  • C’est une station connectée directement à un réseau câblé, elle reçoit probablement le trafic d’autres stations éloignées

Ces équipements sont des BTS (Base Tranceiver Stations). Tous les BTS d’une zone sont relié à un BSC (Base Station Controller) qui s’occupe de gérer le suivi des communication, l’affectation des bandes de fréquence radio, etc. L’ensemble BTS+BSC est le BSS (Base Station Subsystem).

Plus haut dans le réseau, les BSS sont réliés à un MSC (Mobile Switching Center) qui s’occupe de répertorier et localiser les abonnés utilisant les BSS du réseau (HLR / Home Location Register), les abonnés n’étant pas dans la zone des BSS (VLR / Visitor Location Register), les listes noires de terminaux ne devant pas avoir accès au réseau (volés, falsifiés, …), ainsi que la base client de l’opérateur pour autoriser ou pas les accès au réseau. Une fois tout ceci traversé, vous voila théoriquement sur le bon vieux réseau téléphonique filaire pour continuer votre appel.

Et internet, dans tout ça ?

Après cette débauche d’acronymes, revenons à nos moutons : Internet.

Vous l’avez sans doute constaté, si vous débranchez votre modem ADSL de la prise de téléphone, votre ordinateur va assez vite vous insulter en vous disant que les connexions au réseau ont été interrompues. En connexion via le réseau GSM (ou 3G, peu importe), il faut un bon moment avant que la connexion ne soit réellement interrompue. C’est bien pratique lorsque mon train traverse la forêt. Magie noire ?

Un peu, en fait. Les opérateurs font tout un tas de choses pas catholique avec les données des abonnés mobiles. Entre autre, de la translation d’adresse (voir un article sur le NAT), avec, au passage, une grosse dose de modification sur les paquets TCP (un peu moins sur UDP). Si quelqu’un est motivé (ou a déjà fait le boulot) pour fouiner, you’re welcome !

Il y a aussi, sur les ports les plus utilisés (80, 110, 443, …) des proxy souvent saturés qui servent a on ne sait trop quoi … Probablement à facturer plus cher le méga octet de mail que le méga octet de télévision.

C’est entre autre pour ces raisons que parler aujourd’hui « d’internet mobile » est un gros vilain mensonge. L’internet sera mobile lorsque vous pourrez avoir votre blog dans votre poche, directement diffusé sur le réseau depuis votre téléphone portable.

Si les détails techniques sur le fonctionnement des sous systèmes radio et réseau vous intéressent, j’ai trouvé un récap plutôt complet sur la question.

5 Comments »

  • Daniel L said:

    La 3G par SFR modifie le contenu de vos page HTML pour rediriger la source des images vers un proxy qui fournira des images plus compressées et retaillée.

    L’idée n’est pas mauvaise puisque les ressources mobiles sont « limitées » et leur consommation fait rougir mes factures. Dommage que SFR a l’outrecuidance de modifier les pages web que vous visités.

    Mais peut-on saigner SFR sur l’autel de la « responsabilité et l’intelligence en bordure du réseau »? SFR piétine la neutralité du réseau, mais d’un côté sa allège très fortement votre facture.
    SFR pourrait proposer que l’on paramètre soit même son navigateur au proxy-SFR-qui-fait-faire-des-économies mais admettez que Mmd Michu jetterai vite l’éponge.

    Défenseurs de toutes les choses ouvertes et intelligentes : Rendez vos idées sexy :)

  • Bruno (author) said:

    Je ne suis pas certain que les pages web soient modifiées, par contre, il y a effectivement un proxy transparent en action, et pas que chez SFR.

    Ceci étant, la ressource rare est entre la station et le mobile. Un proxy n’économise en rien la bande passante consommée sur ce tronçon, et la bande passante de sortie vers internet a un coût négligeable dans toute cette affaire. Je ne suis même pas certain que l’infrastructure nat/proxy soit amortie par l’économie de bande passante réalisée.

  • Kevin said:

    Bonjour,

    Je me permet juste d’ajouter des détails. L’organisation du réseau telle que décrite correspond au GSM (2G). Pour l’UMTS (3G), les noms ont changés (et quelques détails mineurs). Je pense que c’est important de préciser car l’article inclus dans le titre « 3G ».
    le BTS devient nodeB, le BSC devient RNC, le BSS devient RNS.
    Autres détails. : Le MSC est le contrôleur pour le CS (Circuit Switched), principalement pour la voix. Dans le cas de la 3G, avant d’accéder au MSC, on passe généralement par le gateway CS-MGW. Pour le data, on passe par le contrôleur SGSN du domaine PS (Packet Switched, qui fait aussi partie, comme CS, du CN, Core Network). Toux deux (CS-MGW+MSC,SGSN) ont accès à le liste de client HSS(HLR,AUC)/VLR .

    [Merci pour ces précisions. Si tu as envie de faire une explication plus détallée, avec les significations des acronymes, je suis sur que ça intéressera des gens ici]

  • Daniel L said:

    Les pages Web sont modifiées, l’url de l’attribut src des images est bel et bien modifiés pour pointer sur des serveurs proxy (en août dans le Lot en tout cas).

    Ouch, pourquoi l’utilisation du proxy n’économise pas de bande-passante? J’ai pas du être clair :)
    1- Le proxy transparent modifie les pages HTML pour que les références des images pointent sur des serveurs SFR.
    2- Dès lors, ton navigateur requête sur les serveurs SFR plutôt que sur les véritable serveurs lorsqu’il s’agit de récupérer ces images.
    3- Ces serveurs SFR récupèrent l’image du net, la retaille, la recompresse à mort avant de te la délivrer.

    Au final, on a bien une économie sur le tronçon couteux.

    Je suis sur que ce n’est que la partie immergée de l’iceberg. Par exemple, que les réponses HTTP voient certaines entrée de l’en-tête modifiées… comme l’entrée expires

  • Bruno (author) said:

    Ah oui, vu sous l’angle compression, effectivement il y a un gain. Est-il réellement significatif ? Et pour parachever tout ça, il faudrait une étude sur le ratio conso « je surf sur le web » v.s. conso « je regarde la TV » …

    Bref, je suis à 99% sur que ces gens marchent sur la tête.

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