Le réseau GPRS est un réseau à datagrammes IP constitué de routeurs IP. Il existe deux types de routeurs IP: ceux qui permettent aux paquets de circuler à l'intérieur d'un même réseau GPRS et ceux qui permettent aux paquets de migrer vers d'autres réseaux de données (IP, X25 , autre réseau GPRS), appelés plus généralement réseaux PDP :

Le S.G.S.N. (Serving GPRS Support Node) est relié aux BSC du sous-système radio (BSS) de GSM et gère les MS présentes dans une zone donnée. Son rôle est de délivrer des paquets aux MS, issus du PLMN.

Le G.G.S.N. (Gateway GPRS Support Node) sert de passerelle entre les SGSN du réseau GPRS et les autres réseaux de données. Il permet aux paquets issus de réseaux PDP externes d'être acheminés vers le SGSN de leur destinataire ou de router les paquets issus du réseau GPRS auquel il appartient vers le réseau extérieur adéquat.

L’ensemble des SGSN, GGSN et éventuels routeurs IP vers des réseaux IP extérieurs forme le réseau fédérateur GPRS. Chaque SGSN et GGSN possède une adresse IP fixe au sein de ce réseau. Deux plans sont à distinguer dans GPRS : le plan de contrôle (signalisation) et le plan usager (transmission).

Côté réseau fédérateur : le routage vers des terminaux utilise le principe de l’encapsulation et des protocoles tunnel GTP (GPRS Tunnel Protocol). L’encapsulation consiste à placer une suite d’éléments binaires PDU (Packet Data Unit) issus d’une couche n entre l'en-tête et la séquence de contrôle d’erreur de la couche inférieure n-1 (Figure 7). Le protocole de la couche n-1 ne s’intéresse pas à la nature des données transportées par la couche n. Dans GPRS, des datagrammes IP ou des paquets X25 sont encapsulés dans des datagrammes IP.Les datagrammes IP contiennent les adresses des SGSN et GGSN concernés. Le réseau IP se comporte comme un tunnel vis à vis des paquets X25 qui entrent à une extrémité du réseau pour en sortir à l’autre bout. Le protocole GTP du SGSN et du GGSN établit une liaison de données entre la station mobile et son SGSN en utilisant le principe du passage en tunnel entre le SGSN et le GGSN. GTP utilise les protocoles de transport TCP (fiable) ou UDP (non fiable mais temps-réel) selon la nature des données à transmettre..

Côté BSS : le protocole SNDCP ( Subnetwork Dependent Convergence Protocol ) du SGSN multiplexe plusieurs PDU de différents réseaux PDP, et effectue une compression et une segmentation des PDU de niveau réseau (IP, X25 et autres réseaux PDP) avant de les transmettre à la couche LLC (Figure 7).

Lorsqu'un réseau combine le mode GPRS-paquet et le mode GSM-circuit, il est nécessaire que le SGSN dialogue avec les HLR, EIR et le MSC/VLR pour coordonner la gestion de la localisation. De même le GGSN dialogue avec le HLR. Les dialogues utilisent les protocoles MAP (SGSN – HLR ou EIR et GGSN – HLR) et BSSAP+ (SGSN – MSC/VLR).

La sous-couche SM ( Session Management ) permet au mobile de demander la mémorisation d'un contexte PDP ( Packet Data Protocol ) dans le SGSN et GGSN. Ainsi les paquets du réseau PDP externe sont routés par le GGSN vers le SGSN sans consultation de la base de données de localisation.

La sous-couche GMM ( GPRS Mobility Management ) gère l'itinérance du terminal mobile dans le réseau.

La couche LLC ( Logical Link Control ) assure des échanges de données entre le mobile et le SGSN, elle prend également en charge le chiffrement spécifique à GPRS.

La couche RLC ( Radio Link Control ) fournit une liaison entre le mobile et le BSS.

La couche MAC ( Medium Access Control ) contrôle l'accès au canal radio, elle alloue des ressources au mobile uniquement lorsque celui-ci à des données à transmettre et permet ainsi le multiplexage statistique.

Le BSSGC ( BSS GPRS Control ) transporte des informations de routage et de qualité de service entre le BSS et le SGSN, il permet la retransmission automatique des trames par le BSS et assure que le BSS est transparent aux données utilisateurs GPRS.