协议栈定义通信硬件和软件在不同级如何协调工作。在网络通信领域，在每个协议层的实体们通过对信息打包与对等实体通信。在通信的发送方，用户需要传递的数据包按照从高层到低层的顺序依次通过各个协议层，每一层的实体按照最初预定消息格式向数据信息中加入自己的信息，比如每一层的头信息和校验等终抵达最低的物理层，变成数据位流，在物理连接间传递。在通信的接收方数据包依次向上通过协议栈，每一层的实体能够根据预定的格式准确的提取需要在本层处理的数据信息，最终用户应用程序得到最终的数据信息进行处理。
ZigBee无线网络的实现，是建立在ZigBee协议栈的基础上的，协议栈采用分层的结构协议分层的目的是为了使各层相对独立，每一层都提供一些服务，服务由协议定义，程序员只需关心与他的工作直接相关的那些层的协议，它们向高层提供服务，并由低层提供服务。
在ZigBee协议栈中，PHY、MAC层位于最低层，且与硬件相关；NWK、APS, APL层以及安全层建立在PHY和MAC层之上，并且完全与硬件无关。分层的结构脉络清晰、一目了然，给设计和调试带来极大的方便。
整个Z-Stack采用分层的软件结构，硬件抽象层（HAL）提供各种硬件模块的驱动，包括定时器Timer，通用I/O口GPIO，通用异步收发传输器UART，模数转换ADC的应用程序接口API，提供各种服务的扩展集。操作系统抽象层OSAL实现了一个易用的操作系统平台，通过时间片轮转函数实现任务调度，提供多任务处理机制。用户可以调用OSAL提供的相关API进行多任务编程，将自己的应用程序作为一个独立的任务来实现。整个Z-Stack协议栈结构如图2-13
Z-stack OSAL API 介绍
OSAL层是与协议栈独立的，但是整个协议都要基于OS才能运行。OSAL提供如下服务和管理：信息管理、任务同步、时间管理、中断管理、任务管理、内存管理、电源管理以及非易失存储管理。[28][29]
一、信息管理API
信息管理为任务间的信息交换或者外部处理事件（例如：中断服务程序或一个控制循环内的函数调用等）提供一种管理机制。包括允许任务分配或不分配信息缓存、发送命令信息到其他任务、接受应答信息等API函数。
二、同步任务API
该API允许一个任务等待某个事件的发生并返回等待期间的控制。该API的功能是为某个任务设置事件，一旦任何一个事件被设置就修改该任务。
三、时间管理API
该API允许定时器被内部（Z-Stack）任务和外部任务使用。该API提供开始和停止一个定时器的功能，这些定时器能用毫秒（ms）设置。
四、中断管理API
这些API是外部中断和任务的接口。这些API函数允许一个任务为每个中断分配指定服务程序。这些中断能被允许或禁止。在服务程序内，可为其他的任务设置事件。
五、任务管理API
该API用在管理OSAL中的任务，包括系统任务和用户自定义任务的创建、管理和信息处理等。
六、内存管理API
该API描绘了简单的存储分配系统。这些函数允许动态存储分配。
七、电源管理API
这里描写了OSAL的电源管理系统。当OSAL安全地关闭接收器与外部硬件并使处理器进入休眠模式时，该系统提供向应用/任务通告该事务的方式。