由于NB-IoT协议栈的有些知识点都是围绕CP和UP来展开的，故在描述协议栈之前先来了解下NB特有的数据传输方案。
一、数据传输方案
CIoT EPS优化的目的，是为了提升NB-IoT对小数据以及SMS的支持。CIoT EPS优化的内容包括控制面CIoT优化、用户面CIoT优化、无PDN连接的EMM注册、S1-U接口的数据传输以及头压缩等。
<1> CP方案
无需建立空口数据无线承载（DRB）和S1-U连接，直接通过NAS消息传输数据，支持IP数据和非IP数据的传输。核心网新增网元SCEF（Service Capability Exposure Function），用于支撑非IP数据随信令的传输。3GPP已明确CP方案为必选方案。上行数据从基站发送到MME之后，有两条路径可选：一是发往SGW后再发往PGW；二是发往SCEF，再直接发给服务器。使用控制面的CIoT优化可以不再建立DRB，但是只适用于低频率且低速率的数据业务传输。
使用控制面传输数据，主要是通过RRC信令中的NAS专有消息dedicatedInfoNAS-r13来携带用户数据。如果是小于100字节的小包，终端只需要发RRC Conn Setup Complete 一条携带NAS消息的信令就可以完成数据上报，可以极大简化终端的设计，降低信令开销和降低功耗。
<2> UP方案
增加RRC-Suspended状态，前一次传输数据的用户面连接被挂起，下次传输可恢复挂起的用户面连接，无需新建用户面连接。（用户面的CIoT优化，主要目的是简化从RRC空闲态到连接态变化的过程）
在支持用户面CIoT EPS优化时，RRC连接释放消息中会携带ResumeIdentity-r13信元，用来给UE分配Resume ID；在UE执行RRC恢复时，需要携带该Resume ID给基站，重新激活保存的上下文；与CP方案相比，UE和基站需要保存用户面连接相关上下文。3GPP已明确UP方案为可选方案。
二、NB-IoT协议栈介绍（主要对比LTE来看）
1> RRC功能
从RRC的功能来看，相比于LTE
没有变化的功能有：1）PLMN及小区选择；2）准入控制；3）NAS消息转发。
取消的功能有：1）测量报告；2）切换及移动性管理。
有变化的功能有：[括号内是变化的内容]：1）系统消息广播[系统消息块及内容差异]；2）小区重选[不支持异系统重选，不支持基于RSRQ重选，不支持基于优先级重选]；3）无线资源管理[支持 SRB1bis（CP-opt），支持最多2个DRB（UP-opt），支持RRC suspend-resume流程（UP-opt）]；4）寻呼/通知[支持寻呼扩展流程，不支持ETWS/CMAS]。
NB/LTE RRC层差异综合来看：
空闲态：可以发起RRC连接恢复过程（仅UP模式）；终端/基站保持接入层的上下文（仅UP模式）。
连接态：不支持网络控制的移动性（测量报告、切换）；不监听寻呼和系统消息。不支持RRC连接重建和重配置（仅CP模式）。
无线承载管理：信令无线承载：引入SRB1bis，不支持SRB2；数据无线承载：CP模式不支持DRB，UP模式最多支持2个DRB
2> PDCP功能
此处需要进行区分：CP模式整个PDCP层的功能全部砍掉；UP模式PDCP层的功能与LTE基本一致。
3> RLC功能
没有变化的功能有：1）TM（透传模式），2）AM（确认模式），3）分段和重组，4）级联，5）纠错，6）重复检测。
取消的功能有：UM（非确认模式）
有变化的功能有：UP模式RLC重建，CP模式没有RLC重建。
可以看出RLC这次相对于LTE变化不是那么大。
4> MAC功能
没有变化的功能有：复用解复用
有变化的功能有：1）信道映射，上下行信道简化 2）HARQ：单HARQ进程，只支持异步自适应重传 3）调度：调度周期和资源，MCS和TBS，覆盖等级和重复次数 4）DRX：只支持长周期DRX，空闲态和连接态eDRX 5）随机接入：NPRACH资源，覆盖等级
三、协议栈接口
1> S1协议栈接口
- NB-IoT与LTE可以共用同一个S1接口，连接到同一个MME；也可以通过不同的S1接口，连接到不同的MME。
- 在配置S1接口时，需要配置对应MME支持NB-IoT的能力
根据23.401协议描述，MME支持以下类型：CP模式 & UP模式，CP模式 OR UP模式；不支持以下类型：CP模式 UP模式。协议认可使用以下两种方式选择MME：
- MME重定向（DECOR）功能：如果MME不支持NB，或者支持的类型不对，MME会把消息返还给eNB并提供重新路由。
- eNB配置MME能力：eNB上配置哪些MME支持NB，以及支持的类型。
2> X2 协议栈接口
- NB-IoT和LTE可以共用X2接口。
- NB-IoT不支持基于X2接口的切换，但是通过X2接口可以实现，支持基站间RRC Connection Resume流程。
3> 支持Non-IP data传输
物联网场景之下，终端大多数都是100字节内小包为主，如果继续使用IP包的方式，IP包头的开销会很大，例如：传输层是UDP就是28字节的话，28/100，光IP包头的开销就有28%。于是引入了Non-IP数据传输（Non-IP Data Delivery），即在数据传输的时候剥离掉IP层的封装，可以减小数据包的payload，非常适用于物联网使用。
协议定义两种传输机制，建议使用单独APN支持Non-IP传输。如果使用Non-IP传输，则需要在核心网新增网元SCEF，MME在终端接入的时候就可以从HSS获取过来的开户数据判断是否Non-IP的包，如果是则走SCEF，如果是普通的终端就接入SGW。