全光通信网络的架构由两个核心层次构成，分别是服务层和传送层。服务层负责网络的整体管理和协调，而传送层则是实际数据传输的基础，它又分为SDH层、ATM层和光传送层。
在光传送层，关键技术是光分插复用器（OADM）和光交叉连接（OXC）。OADM负责在光纤环中插入和分离特定的波长通道，以便在需要时重新分配网络带宽。当光缆出现故障时，光传送层的恢复功能能够快速地恢复网络的正常运行。OXC则连接两个光WDM环路到ATM交换机，确保数据的高效传输。
全光网采用三级体系结构，以波分复用技术为基础。首先，每个用户或单位拥有独立的局域网（LAN，级别0），这些局域网通过各自的光终端（OT）连接，并使用一组波长进行通信。各局域网之间可共享波长资源，使得效率更高。然后，多个局域网组成城域网（MAN，级别1），通过设置波长路由器来连接这些0级网，并实现区域间的通信。最后，国家级或国际级的骨干网（级别2）通过波长转换器或交换机将所有1级网连接起来，形成全球范围内的高速通信网络。
全光通信是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行，而且其在各网络节点的交换则使用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（oxc）。在全光网络中，由于无需电信号的处理，所以允许存在不同的协议和编码，使信息传输具有透明性。它同SDH传送网一样，满足传送网通信模型，遵循—般传送网的组织原理、功能结构的建模和信息定义，采用了相似的描述方式。因此，很多SDH传送网的功能和体系构想都可以用于全光通信网。