Qu’est-ce que le PSTN ? Comment fonctionne le réseau téléphonique commuté public

Presque tout le monde a utilisé le PSTN, et presque personne ne sait réellement ce que c’est. C’est la tonalité avec laquelle vous avez grandi, le numéro inscrit sur le flanc d’un camion de livraison, la ligne qu’un télécopieur fait encore sonner. En tant que réseau, c’est toutefois une pièce d’ingénierie précise, avec une architecture claire. Comprendre le fonctionnement du réseau téléphonique commuté public facilite considérablement la compréhension de la voix IP, car presque chaque décision de conception d’un réseau vocal moderne a son équivalent dans le PSTN.

Dans cet article, nous vous présentons ce qu’est le PSTN, comment la commutation de circuits et la signalisation SS7 acheminent réellement un appel, comment les numéros de téléphone transitent à travers la hiérarchie de commutation, et où se situe aujourd’hui la frontière entre le PSTN et la voix IP. TelcoBridges travaille des deux côtés de cette frontière depuis plus de 20 ans, des passerelles média TDM au contrôleur de session en périphérie logiciel ProSBC, si bien que la jonction PSTN-IP est un terrain familier.

Qu’est-ce que le PSTN ?

Le réseau téléphonique commuté public (PSTN) est l’ensemble des réseaux téléphoniques à commutation de circuits du monde, interconnectés de sorte que tout téléphone puisse joindre tout autre téléphone. Ce n’est pas un système unique détenu par une seule entreprise. Il s’agit de milliers d’opérateurs, de transporteurs nationaux, de centraux régionaux et d’accords d’interconnexion, tous utilisant des normes communes de signalisation et de numérotation pour qu’un appel passé dans un pays puisse aboutir sur un combiné dans un autre.

Le nom décrit la conception. « Public » signifie qu’il est ouvert à tout abonné payant pour une ligne, par opposition à un réseau privé réservé à une seule organisation. « Commuté » signifie que le réseau établit une connexion à la demande pour chaque appel, plutôt que de maintenir chaque terminal connecté en permanence à tous les autres. Et c’est un réseau de réseaux, reliés entre eux par les conventions de signalisation et de numérotation décrites ci-dessous.

Pendant la majeure partie du vingtième siècle, le PSTN était le seul moyen de passer un appel téléphonique. Ce monopole sur la voix en fait le point de référence de tout ce qui a suivi. Quand on dit qu’un appel VoIP « atteint le PSTN » ou qu’un numéro est « porté hors du PSTN », on décrit la frontière entre cet héritage à commutation de circuits et les réseaux à commutation de paquets qui s’y interconnectent.

Commutation de circuits vs commutation de paquets

L’élément le plus important à comprendre au sujet du PSTN est qu’il fonctionne par commutation de circuits. Lorsque vous passez un appel, le réseau réserve un chemin dédié de bout en bout pour cette conversation et le maintient ouvert jusqu’à ce que quelqu’un raccroche. Le canal vocal standard est un circuit numérique à 64 kbit/s (un DS0), et cette capacité appartient exclusivement à votre appel, que vous parliez, écoutiez ou restiez silencieux.

Les réseaux à commutation de paquets fonctionnent de manière opposée. Dans un appel VoIP, votre voix est numérisée, compressée par un codec, puis découpée en petits paquets qui transitent indépendamment sur des liaisons IP partagées, conformément au protocole de transport en temps réel défini dans la RFC 3550. Aucun chemin n’est réservé. La même fibre qui achemine votre appel en transporte des milliers d’autres au même instant, et pendant les silences de votre conversation, cette capacité est utilisée par quelqu’un d’autre.

Cette seule différence conditionne presque tout le reste. La commutation de circuits offre une voix prévisible et de qualité constante au prix de l’efficacité, car la capacité réservée reste inutilisée dès que personne ne parle. La commutation de paquets est considérablement plus efficace et bien moins coûteuse à faire évoluer, même si elle doit gérer activement la gigue, la perte de paquets et la latence pour égaler la qualité que la commutation de circuits fournissait par défaut. Les aspects économiques divergent également fortement : un réseau à commutation de circuits facture en maintenant une ressource pour la durée de l’appel, tandis qu’un réseau à paquets facture la bande passante qu’il peut sursouscrire.

Comment le PSTN est construit : la hiérarchie de commutation

Le PSTN est organisé en une hiérarchie de commutateurs reliés par des jonctions. Commençons du côté de l’abonné. La paire de cuivre reliant un téléphone au bâtiment le plus proche de l’opérateur téléphonique est la boucle locale. Cette boucle aboutit dans un central téléphonique (CO), où un commutateur de central local, historiquement un commutateur de classe 5, dessert toutes les lignes d’abonnés de sa zone et connecte les appels entre eux.

Lorsqu’un appel doit quitter la zone locale, le central téléphonique le transmet à un commutateur tandem ou interurbain (historiquement de classe 4). Ces commutateurs de niveau supérieur ne desservent pas directement les lignes d’abonnés. Leur rôle est d’interconnecter les centraux téléphoniques entre eux et avec d’autres opérateurs, acheminant l’appel à travers le pays ou le transférant vers une passerelle internationale. Les liaisons entre tous ces commutateurs sont des jonctions : des circuits T1 et E1 transportant des groupes de canaux vocaux DS0 en multiplexage temporel (TDM), où chaque canal reçoit un intervalle de temps fixe et répétitif sur la ligne partagée.

Le système Bell original définissait une hiérarchie à cinq niveaux, des centraux locaux jusqu’aux centres régionaux. Des décennies de commutation à plus haute capacité et de transport par fibre ont aplati cette structure, et un PSTN moderne est en pratique un agencement à deux niveaux de commutation locale et tandem. Le principe n’a pas changé : les lignes d’abonnés se regroupent dans des commutateurs locaux, les commutateurs locaux s’interconnectent via des tandems, et les jonctions TDM acheminent la voix entre eux.

Signalisation : comment le PSTN établit un appel

L’établissement d’un circuit nécessite plus que le chemin vocal lui-même. Le réseau doit savoir quel numéro vous avez composé, si la destination est occupée, quand commencer la facturation et quand libérer le circuit. Ces informations de contrôle circulent sur un système de signalisation séparé plutôt que mélangées au canal vocal, un dispositif appelé signalisation hors bande.

Le système qui remplit cette fonction est le Signaling System No. 7 (SS7), un réseau de signalisation mondial fonctionnant en parallèle des jonctions vocales. Le SS7 transporte les messages qui établissent, gèrent et libèrent les appels. À un niveau conceptuel, il comporte trois types de nœuds : les points de commutation de service (SSP) qui émettent et reçoivent les appels, les points de transfert de signalisation (STP) qui routent les messages de signalisation entre eux, et les points de contrôle de service (SCP) qui hébergent les bases de données. Le protocole d’établissement d’appel transporté sur SS7 est ISUP (ISDN User Part), tandis que SCCP et TCAP acheminent les requêtes de bases de données pour des services tels que le routage des numéros gratuits, les consultations de portabilité des numéros et la récupération du nom de l’appelant.

La signalisation hors bande a représenté une avancée majeure. Elle a accéléré l’établissement des appels, permis toute une génération de services réseau et maintenu le trafic de contrôle hors des chemins vocaux générateurs de revenus. Elle est également devenue une faiblesse de sécurité bien documentée plus tard dans la vie du réseau, car le modèle de confiance du SS7 supposait que chaque opérateur connecté était légitime. Un point historique à noter : la messagerie texte a débuté comme canal secondaire dans la capacité de signalisation excédentaire du SS7, une origine qui façonne encore aujourd’hui la manière dont les messages traversent les réseaux.

Numéros de téléphone et routage : E.164 et le NANP

Sur le PSTN, un numéro de téléphone est une adresse de routage, pas simplement un libellé. Le format international est normalisé sous E.164, qui limite un numéro complet à 15 chiffres et le structure sous la forme d’un indicatif de pays suivi d’un numéro national. En Amérique du Nord, cette portion nationale suit le North American Numbering Plan (NANP) : un indicatif régional à trois chiffres (NPA), un préfixe de central téléphonique à trois chiffres (NXX) et un numéro de ligne d’abonné à quatre chiffres.

Historiquement, ces chiffres indiquaient au réseau exactement où envoyer l’appel. Le préfixe NXX correspondait à un commutateur de central téléphonique spécifique dans une zone tarifaire spécifique, et les données de routage telles que le Local Exchange Routing Guide (LERG) convertissaient les blocs de numéros en destinations de commutateurs. Composez un numéro et la hiérarchie acheminait les chiffres vers l’extérieur, tandem après tandem, jusqu’à atteindre le bon commutateur local.

La portabilité des numéros locaux a brisé cette hypothèse bien ordonnée. Une fois que les abonnés ont pu conserver un numéro en changeant d’opérateur, les chiffres n’indiquaient plus de manière fiable quel commutateur, ni même quel opérateur, détenait la ligne, obligeant le réseau à interroger une base de données de portabilité avant le routage. Ce passage de « le numéro est la localisation » à « le numéro doit être consulté » est l’un des changements les plus profonds que le passage à la voix IP a hérité et dû intégrer.

La frontière PSTN-IP : là où l’ancien rencontre le nouveau

Les réseaux voix IP doivent pouvoir atteindre le PSTN et accepter ses appels. Un abonné sur un service SIP moderne appelle des lignes fixes desservies par des commutateurs TDM, et les abonnés TDM appellent des utilisateurs VoIP. Ce point de rencontre est la frontière PSTN-IP, et c’est là que résident quelques fonctions spécifiques.

Deux traductions s’opèrent à cette frontière. Côté média, une passerelle média convertit les canaux porteurs TDM en flux de paquets RTP et inversement, faisant le pont entre le monde DS0 à 64 kbit/s et les codecs fonctionnant sur IP. Côté signalisation, la signalisation SS7 ou ISUP historique doit être transposée vers le Session Initiation Protocol défini dans la RFC 3261, le protocole de contrôle de la voix IP, une tâche assurée par les passerelles de signalisation SS7 vers SIP. Une fois l’appel du côté IP, un contrôleur de session en périphérie (SBC) se positionne en bordure pour le sécuriser et le contrôler : masquer la topologie interne, normaliser la signalisation SIP entre systèmes incompatibles, ancrer les médias et appliquer les politiques de contrôle d’admission et de sécurité. Parce que le SBC est un Back-to-Back User Agent (B2BUA), il termine l’appel d’un côté et le réémet de l’autre, ce qui lui confère ce contrôle.

Les réseaux mobiles atteignent le PSTN par le même type de frontière. Dans un cœur IMS (IP Multimedia Subsystem), une fonction de contrôle de passerelle média interopère les appels entre l’IMS et le PSTN à commutation de circuits. Quelle que soit la technologie du côté IP, le schéma est constant : les passerelles traduisent le porteur et la signalisation, et un SBC gouverne la bordure IP.

Questions fréquentes

Conclusion

Le PSTN est le réseau téléphonique mondial à commutation de circuits : une hiérarchie de commutateurs locaux et tandem, reliés par des jonctions TDM, établis appel par appel via la signalisation SS7 et adressés par les plans de numérotation E.164 et NANP. Il fonctionne remarquablement bien depuis un siècle, et sa numérotation, sa signalisation et son modèle de service façonnent encore les réseaux voix IP d’aujourd’hui. Là où les deux réseaux se rencontrent, les passerelles traduisent le porteur et la signalisation, et un SBC sécurise et normalise la bordure IP.