Основное описание протоколов сети GSM дано в документах ETSI. Эти документы представляют собой некоторые группы, систематизированные по версиям.
| CM | Connection Management | Управление соединением |
| MM | Mobility Management | Управление мобильностью |
| RRM | Radio Resources Management | Управление радиоресурсом |
| LAPD | Link Access Protocol D | Процедура доступа к звену передачи данных по каналу D (m — обозначает воздушный интерфейс) |
| BTSM | Base Transceiver Station Management | Управление базовой приемопередающей станцией |
| BSSAP | BSS Application Part | Прикладная часть (подсистема) системы базовой станции |
| SCCP | Signaling Connection Control Part | Подсистема управления соединением каналов сигнализации |
| MTP | Massage Transfer Part | Подсистема передачи сообщений |
Рассмотренные выше функции регистрации (registration), аутентификации (authentication), маршрутизации вызова (call routing), обновления координат местоположения, механизм передачи соединения (handover) выполняются подсистемой сети, главным образом используя протоколы сигнализации системы мобильной связи, основанные на протоколах системы ОКС-7. Структура этих протоколов показана на рисунке.
Протоколы в GSM разделены на три уровня в зависимости от интерфейса, как показано на рисунке.
Участок «мобильная станция — базовая станция» использует следующие уровни. Уровень 1 — физический уровень, который использует структуры канала, рассмотренные выше, по «воздушному интерфейсу». Уровень 2 — уровень звена передачи данных по интерфейсу Um, уровень звена передачи данных — это модифицированная версия процедуры LAPD, применяемой в ISDN, называемая LAPDm. Уровень 3 — протокол, использующий также модифицированную версию LAPD, самостоятельно разделен на три следующих подслоя.
Управление радиоресурсами (RRM — Radio Resources Management) — управляет первоначальной установкой оконечных устройств, включением радио- и фиксированных каналов, их обслуживанием, а также обеспечивает процедуру хэндовера.
Управление передвижением (ММ — Mobility Management) — управляет обновлением местоположения и процедурами регистрации, а также защитой и аутентификацией.
Управление соединением (СМ — Connection Management) — осуществляет общий процесс управления установлением соединения и сигнализацией и управляет дополнительными услугами, а также службой передачи коротких сообщений.
При взаимодействии базовой приемопередающей станции (BTS) с контроллером базовой станции (BSC) используется интерфейс Abis, который обеспечивает управление базовой приемопередающей станцией (BTSM — Base Transceiver Station Management).
Передача сигналов между различными объектами в фиксированной части сети (интерфейс А) использует следующие протоколы: на уровне 1 — МТР (Message Transfer Part — подсистема передачи сообщений); на уровне 2 — SCCP (Signaling Connection Control Part — подсистема управления соединением канала сигнализации), принадлежащий системе сигнализации ОКС-7. На уровне 3 применяют перечисленные выше протоколы GSM — ММ и СМ.
Подсистема третьего уровня BSSAP (BSS Application Part — прикладная часть системы базовой станции) предназначена для связи контроллера базовой станции (BSS) с центром коммутации мобильной связи (MSC). Спецификация MAP весьма сложна и изложена на более чем 500 страницах, это — один из самых длинных документов в рекомендациях GSM.
Современные сети мобильно связи очень удобно использовать для прослушивания и шпионажа. На рынке появилось множество устройств, позволяющих вести дистанционное аудионаблюдение . Так, например GSM жучок с голосовой активацией, можно использовать в качестве сигнализации. Когда в радиусе действия аппарата будет зарегистрирован шум, устройство немедленно активируется и передаст сообщение владельцу.