NAS是控制面板中最高的一層，NAS協議適用於UE和MME之間的通信。NAS的功能是給UE提供移動性，建立和維持UE和EPC之間的IP連接。NAS信號的連接由SRB和S1組成，UE和eNB之間由SRB連接，eNB和MME之間由S1連接。NAS層由兩個子層組成，EMM和ESM，在使用ESM前必須先建立EMM連接。EMM主要負責authentication, security,attach, detach, paging, service request。ESM主要負責IP地址分配和處理承載。
EMM流程可以分成common procedure, specific procedure, connection managementconnection。common procedure都是由MME發起的，包括guti relocation,authentication, identification, security mode control, EMM information。specific procedure包括attach,detach, tracking area。connectionmanagement connection包括servicerequest, paging, Transport of NAS message。
初始attach
首先UE向MME發送attach request，這條信息是沒有加密和完整性保護的。接下來UE和MME之間會進行authentication, identification, security mode control等common procedure，在此之間會確認編碼和完整性保護的模式，接下來MME向UE發送attach accept，最後UE向MME發送attach complete，這些信息都有加密和完整性保護。
Attach流程
首先UE向MME發送attach request，這條信息是沒有加密和完整性保護的。接下來MME向UE發送attach accept，最後UE向MME發送attach complete，這些信息都有加密和完整性保護。與初始attach相比少了attach request和attach accept之間的commonprocedure。
Identification流程
Identity request由MME發起，通知UE發送自己的省份，UE會發送identity response，裏面包含的信息有guit和IMSI。
Authentication流程
這個過程用來進行UE和MME之間的身份確認，同時通過key ASME來確認使用同一個security key。由MME發送authentication request，UE發送authentication response，在這個過程中會計算出CK和IK，CK和IK用來計算key ASME，key ASME將來可以用來計算加密和完整性保護的祕鑰。如果這個過程成功，UE和MME之間會確立EPS security context。
Security mode流程
這個過程會啓用EPS security context，使UE和MME之間通過確認好的編碼來進行聯繫，MME發送security mode command開始，這是完整性保護的，UE用security mode complete來結束，這是加密和完整性保護的。
Tracking area update流程
UE會向MME發送Tracking area update request，觸發這個過程的可以是UE改變了位置，也可以是定期發送。收到信息後的MME會發送Tracking area update accept，最後UE會發送Tracking area update complete。
Service request流程
這個過程可以使處於EMM-IDLE狀態的UE切換到EMM-CONNECTED狀態。這個過程可以由UE或者EMM觸發。如果是UE觸發（有信息要上傳），UE會向MME發送service request，接下來MME會與eNB建立聯繫，eNB會和UE建立聯繫。如果是MME觸發的（有信息要下載），那麼MME會先呼叫UE，接下來，UE會向MME發送service request，最後MME會與eNB建立聯繫，eNB會和UE建立聯繫。
ESM:Network Initiated EPS bearer context activation procedures
當下行數據到達時，UE和MME建立起EMM-CONNECTED狀態，然後MME會向UE發送activate default/dedicated bearer context request，接下來UE會發送activate default/dedicated bearercontext accept進行確認，兩者就建立起EPS bearer。