Lab GSM multi-opérateur — osmo_egprs

Module pratique : monter un réseau GSM multi-opérateur complet, interconnecté en SS7 sur IP, entièrement conteneurisé avec Docker. Code : github.com/bbaranoff/osmo_egprs

Tip

Ce lab reproduit ce qu’un opérateur mobile 2G fait réellement : cœur de réseauOsmocom (BTS/BSC/MSC/HLR/MGW), signalisation SS7 entre opérateurs, SMS et voix —et même un baseband émulé (voir module 8). Aucun matérielradio n’est nécessaire.

Objectifs pédagogiques

  • Comprendre l'architecture d'un PLMN (Public Land Mobile Network) 2G.
  • Câbler la signalisation SS7/M3UA entre plusieurs opérateurs.
  • Provisionner des abonnés (IMSI, MSISDN, Ki) dans un HLR.
  • Observer une Location Update, une authentification COMP128v1, un chiffrement A5/1, des SMS et un appel voix de bout en bout.
  • Lire la signalisation dans Wireshark (M3UA, SCCP, GSM MAP, GSMTAP).

1. Architecture d'un PLMN

Chaque opérateur simulé repose sur la pile Osmocom standard, tous les composants dans un seul conteneur Docker, communiquant par 127.0.0.1.

flowchart LR UE --> BTS BTS -->|Abis/IP| BSC BSC -->|SCCP via STP| MSC MSC -->|GSUP| HLR MSC -->|MGCP| MGW MSC -->|MNCC| Asterisk

Le STP local sert de hub de signalisation intra-PLMN.

2. Interconnexion multi-opérateur

C'est le cœur du projet : N opérateurs (1 à 9), chacun avec son cœur de réseau dans un conteneur dédié, reliés par un Inter-STP central qui route la signalisation M3UA/SCCP entre eux. Le projet automatise ce qui se fait habituellement à la main — l'auteur le résume comme un « DHCP pour SS7 ».

flowchart LR subgraph op1["Conteneur osmo-operator-1"] BSC_A["BSC 1.23.3"] -->|127.0.0.1:2905| STP_A["STP 1.23.2"] MSC_A["MSC 1.23.1"] -->|127.0.0.1:2905| STP_A end subgraph op2["Conteneur osmo-operator-2"] BSC_B["BSC 2.23.3"] -->|127.0.0.1:2905| STP_B["STP 2.23.2"] MSC_B["MSC 2.23.1"] -->|127.0.0.1:2905| STP_B end INTER["Inter-STP 0.23.0"] STP_A <-->|"RCTX 150 / :2908"| INTER STP_B <-->|"RCTX 250 / :2908"| INTER

Toutes les valeurs qui dépendent de N (point codes, routing contexts, ARFCN, adresses IP, trunks SIP, tables SMS) sont générées au démarrage — aucun fichier n'est écrit en dur pour un nombre fixe d'opérateurs.

Plan d'adressage SS7 (ITU 14 bits zone.network.node)

Nœud Point Code Formule
Inter-STP 0.23.0 fixe
MSC opérateur N N.23.1 zone = N
STP opérateur N N.23.2 zone = N
BSC opérateur N N.23.3 zone = N

Le routing context inter N×100+50 est le plus critique : il relie le STP de chaque opérateur à l'Inter-STP.

3. Mise en route

git clone https://github.com/bbaranoff/osmo_egprs
cd osmo_egprs
sudo ./tools/make-docker-image.sh    # build de l'image Docker (une seule fois)
sudo ./start.sh                      # choisir "bridge", saisir N opérateurs
sudo ./provision_hlr.sh              # provisionner les abonnés de test

Arrêt : sudo ./start.sh stop.

Séquence de démarrage (ordre critique)

./start.sh  [bridge]
 ├── saisie N opérateurs + MCC/MNC/nom
 ├── création du réseau gsm-inter (172.20.0.0/24)
 ├── génération osmo-stp-interop.cfg
 ├── lancement de l'Inter-STP  (DOIT écouter :2908 AVANT les opérateurs)
 └── pour chaque opérateur N :
      ├── substitution des templates (point codes, RCTX, ARFCN…)
      ├── docker run sur gsm-inter @ 172.20.0.(10+N)
      └── services via run.sh + tmux

L'Inter-STP doit être à l'écoute avant que les STP opérateurs tentent de s'y connecter, sinon on obtient une route PROHIB (voir Diagnostic).

4. Explorer le réseau

Accès aux conteneurs (tmux)

sudo docker exec -ti osmo-operator-1 tmux attach        # STP/MSC/HLR/BSC/BTS/SMSC
sudo docker exec -ti osmo-inter-stp  tmux attach -t stp # l'Inter-STP

Interfaces VTY (telnet dans le conteneur)

Port Composant   Port Composant
4239 OsmoSTP   4254 OsmoMSC
4242 OsmoBSC   4258 OsmoHLR
4243 OsmoMGW      

Commandes VTY essentielles

# STP (4239) — diagnostic SS7
show cs7 instance 0 asp        # état des ASP (ACTIVE / DOWN)
show cs7 instance 0 route      # table de routage — PROHIB ?

# HLR (4258)
subscriber imsi 001010000000001 show
show gsup-clients

# MSC (4254) — envoyer un SMS de test
subscriber msisdn 10001 sms sender msisdn 10002 send Bonjour

Wireshark

Lancé automatiquement sur le bridge Docker. Filtres utiles :

m3ua                  # trafic M3UA
sccp                  # messages SCCP
gsm_map               # messages MAP
gsmtap                # trafic radio (interface Um)
sctp.srcport == 2908  # vers/depuis l'Inter-STP

5. SMS et voix

SMS inter-opérateur : sms-interop-relay.py surveille le log MO du SMSC, parse le TPDU GSM 03.40, consulte sms-routing.conf (longest-prefix match) et relaie en TCP:7890 vers l'opérateur cible, qui résout le MSISDN → IMSI par le VTY du HLR avant de délivrer le SMS MT.

Voix inter-opérateur : chaque MSC parle MNCC à un Asterisk local ; les Asterisk des opérateurs sont reliés par des trunks SIP sur le backbone Docker. Le dialplan route sur le premier chiffre du numéro composé (convention : chiffre N = opérateur N).

6. RAN virtuel : brancher un baseband émulé

Le lab intègre un mode PHY qemu qui remplace le SDR par un baseband Calypso entièrement émulé — le module 8 lui est consacré.

PHY_MODE Pile Usage
faketrx (défaut) fake_trx → trxcon → mobile multi-MS, rapide
virtphy osmo-bts-virtual ↔ virtphy ↔ mobile multi-MS via multicast
qemu osmo-bts-trx ↔ bridge.py ↔ QEMU Calypso ↔ mobile baseband émulé (ARM7 + DSP)

7. Diagnostic — résoudre les PROHIB

Symptôme Cause probable Correctif
Route 0.0.0/0 en PROHIB Inter-STP pas démarré / mauvaise IP vérifier INTER_STP_IP et l'IP backbone
Pas de routes dynamiques MSC/BSC ne se connectent pas au STP les ASP doivent pointer sur 127.0.0.1
ASP DOWN sur l'Inter-STP race condition Docker docker restart de l'opérateur
Warning

L’ordre de démarrage est la première cause d’échec : l’Inter-STP écoute sur127.0.0.1:2905 immédiatement, mais le lien inter-conteneur n’existe qu’aprèsdocker network connect. En cas de doute, redémarrer l’opérateur fautif.

Suite du module : 8 — Émulation du baseband Calypso (QEMU-Calypso).