Các mạng đơn chặng (single-hop) hỗ trợ rất tốt các dịch vụ truyền dẫn thời gian thực, lưu lượng yêu cầu trễ nhỏ (như thoại và video), tuy nhiên chúng lại kém hiệu quả trong chuyển mạch gói, đặc biệt là sự bùng nổ lưu lượng của các dịch vụ không yêu cầu thời gian thực. Mặt khác, các mạng chuyển mạch gói đa chặng (multihop) lại rất thích hợp để truyền dẫn lưu lượng bùng nổ nhưng không đảm bảo được giới hạn trễ và băng thông dành riêng được yêu cầu bởi lưu lượng thời gian thực. Một giải pháp để giải quyết vấn đề trên là kết hợp mạng single-hop và multi-hop thành 1 mạng thống nhất gọi là mạng lai ghép (hybrid network).
Như vậy mạng quang hybrid là mạng bao gồm cả hai mạng single-hop và multi-hop. Khái niệm mạng hybrid là sự kết hợp một mạng con single-hop và một mạng con multi-hop, Dựa trên nguyên lí các mạng single-hop hỗ trợ chuyển mạch kênh rất tốt và các mạng multi-hop hỗ trợ chuyển mạch gói rất tốt nên ưu điểm của mạng quang hybrid là nó điều khiển tích hợp lưu lượng rất tốt. Tuy nhiên, dịch vụ chuyển mạch kênh của mạng con single-hop phụ thuộc vào báo hiệu ngoài băng và điều khiển để quản lí (như thiết lập và phá bỏ) các kênh của chính mạng con đó. Điều này là cần thiết cho mạng báo hiệu ngoài băng và bởi vì các chức năng quản lí mạng có thể chấp nhận những sự thay đổi trễ,một mạng con chuyển mạch gói multi-hop có thể đáp ứng những yêu cầu cho cả mạng điều khiển ngoài băng và mạng truyền tải không yêu cầu thời gian thực.
Các mạng quang hybrid kết hợp các kỹ thuật định tuyến của các mạng singlehop và multi-hop nhằm cung cấp các dịch vụ chuyển mạch kênh và gói. Mạng con multi-hop cung cấp các phương tiện cho việc chuyển đổi các bản tin mà không giới hạn thời gian. Các dịch vụ loại này bao gồm lưu lưọng bùng nổ mà có thể chấp nhận dịch vụ vận chuyển nỗ lực tối đa (best-effort), lưu lượng quản lí mạng và báo hiệu ngoài băng để quản lí các kết nối trong mạng con single-hop. Tuy nhiên, trong một vài mạng có thể sử dụng truyền tải multi-hop để làm giảm vấn đề tắc nghẽn khi không có một đường dẫn single-hop nào được tìm thấy từ nguồn đến đích, trong trường hợp này mạng cố gắng thiết lập một đường dẫn multi-hop.
Một mạng quang hybrid được đề xuất sử dụng các đường dẫn quang (lightpaths) hoặc các đường dẫn single-hop (single-hop paths) giữa hai trạm để truyền thông tin. Lưu lượng chuyển mạch kênh yêu cầu một đường dẫn quang từ nguồn đến đích, nhưng lưu lượng chuyển mạch gói có thể sử dụng chuỗi bao gồm nhiều đường dẫn quang (với chuyển mạch ở các node trung gian).
Kết hợp 2 phương pháp ghép kênh phân chia theo không gian và bước sóng, mạng cây đa sợi quang sẽ định tuyến các tín hiệu giữa các node trong một
cuộc gọi cơ sở. Mạng con single-hop có thể được xem như 1 cây cáp bao gồm các cây sợi quang. Mỗi một cây sợi quang (fiber plant) là một phương tiện quảng bá đầy đủ mà có thể được chọn bởi một nhóm các trạm của mạng. Việc hạn chế số lượng các trạm để chọn một cây sợi quang là theo yêu cầu để tránh lãng phí quá nhiều công suất quang. Hơn nữa, mỗi cây sợi quang điều khiển một vài kênh WDM theo yêu cầu. Trong trường hợp này chúng ta có thể giả thiết rằng cấu trúc vật lí là một cây, mà cấu trúc này bao phủ B cây sợi đơn (single- fiber) ( B là số các sợi quang trong một bó đa sợi quang). Khi cây lớn dần thì số các mức trong cây cũng tăng theo và vì thế sẽ suy hao rất nhiều (giả thiết rằng tất cả đường dẫn được định tuyến qua gốc). Có một cách có thể làm giảm suy hao, và vì vậy tránh dùng bộ khuyếch đại quang đắt tiền. Bằng cách chia nhỏ số lượng trạm thành các nhóm và liên kết chúng lại với nhau với các cây nhỏ hơn (vì vậy sẽ giảm suy hao). Rõ ràng, chúng ta vẫn muốn duy trì hoàn toàn tính kết nối, vì chúng ta muốn kết nối tất cả các trạm để truyền thông với cái khác. Vì vậy các nhóm trạm cần xếp chồng lên nhau và cần có đủ các nhóm rỗi cho mỗi cặp trạm, ít nhất là một nhóm.
Cấu trúc cây con là do tham gia định tuyến và vấn đề phân chia, cấu trúc này cùng vấn đề trước đó là thiết kế tổ hợp được gọi là vấn đề set-covering mà rất khó để giải quyết chính xác. Các cây con được định tuyến bởi việc lắp đặt chính xác các chuyển mạch và việc sử dụng các bộ ghép nhị phân và các sao phản xạ trong các node của cây đa sợi.
Việc lắp đặt các kết nối chuyển mạch kênh trong mạng cây đa sợi là được hỗ trợ bởi một trạm tập trung, giữ đường dẫn sử dụng của các kênh WDM trên các cây quang của mạng con single-hop. Tuần tự, cho một cơ sở dữ liệu nhỏ của các trạm có thể truy nhập các cây quang, 1 trạm nguồn có thể tìm kiếm 1 kênh WDM rỗi trong 1 cây sợi quang, để nó truy nhập đến trạm đích và khai báo với trạm đích mà nó đã tìm ra bởi các phương tiện của mạng con multi-hop. Mạng quang đa mức (multilevel optical network – MONET), mạng quang lai ghép
(hybrid optical network – HONET) và mạng đa truy nhập phân chia theo thời gian và bước sóng (time and wavelength division multiaccess network – T/WDMA) sử dụng các giao thức quản lí kết nối tương tự như mạng cây đa sợi nhưng chúng sử dụng các loại mạng con single-hop khác nhau. Ở đây, chúng ta chỉ thảo luận mạng single-hop T/WDMA sử dụng băng thông để mang một số kênh với số lượng không nhiều. Các kênh WDM được chia thành các khung, các khung này được chia nhỏ hơn thành các khung con và các khung con này được chia nhỏ hơn thành các khe (slots). Các trạm có một máy phát đơn với bước sóng cố định và hai hoặc nhiều hơn các máy thu thì có thể điều chỉnh toàn bộ khoảng cách của các kênh WDM. Các máy thu dựa trên các AOTF để điều chỉnh thời gian của một khung con và có thể được yêu cầu để chuyển qua một vài bước sóng ngay đó. Hai hoặc nhiều máy thu được hoạt động theo nguyên tắc đường ống bởi việc điều chỉnh tuần tự một máy thu trong khi máy thu khác đang nhận thông tin. Trong cách này, một trạm sẽ có ít nhất một máy thu được điều chỉnh đến 1 khung con ở tất cả mọi thời điểm. Một trạm chủ gọi yêu cầu 1 kênh ảo bao gồm 1 hoặc nhiều khe trên 1 khung với băng thông yêu cầu. Một người quản lí cuộc gọi có nhiệm vụ duy trì cho tất cả các cuộc gọi được tiến hành và cung cấp các khe mới sao cho không xảy ra tranh chấp.
Tranh chấp trong 1 khung con xảy ra khi không có khe rỗi nào trong khung con hoặc khi máy thu của trạm bị gọi được điều chỉnh trong suốt khung con. khi số lượng các kênh WDM tăng vượt quá 1 giới hạn thì hiệu suât sẽ bắt đầu giảm. Điều đó xảy ra vì các máy thu phải điều chỉnh tần số nhiều hơn để truy nhập đến các máy phát trên các kênh phân tán rộng lớn. Ví dụ, cho 1 kênh WDM thì số cuộc gọi được giới hạn bởi số khe trong 1 khung nhưng cho 1 máy phát trên kênh WDM thì số cuộc gọi được giới hạn bởi vì 1 máy thu có thể điều chỉnh để chỉ 1 kênh của máy phát trong bất kỳ khung con nào.
Các mạng single-hop cung cấp tốt dịch vụ chuyển mạch kênh nhưng đối với các dịch vụ chuyển mạch gói thì bị hạn chế, nhưng ngược lại các mạng
multi-hop thì cung cấp tốt các dịch vụ chuyển mạch gói còn chuyển mạch kênh thì hạn chế. Một giải pháp là kết hợp 1 mạng single-hop và nhiều mạng con multi-hop với nhau. Các mạng quang lai ghép cung cấp một mạng con phức tạp để điều khiển việc định tuyến các thiết bị và yêu cầu việc định tuyến thông tin là một cơ hội thực tiễn cho việc hợp nhất lưu lượng. Có rất nhiều kiến trúc cho các mạng lai ghép (hybrid network) đã được đề xuất và phân tích.