GPON协议层次模型如下图所示，其主要包括物理媒质(PMD)层、传输汇聚(TC)层和系统管理控制接口(OMCI)层。 PMD层提供了在GPON物理媒质层上传输信号的手段，其要求可参见G.984.2标准，其中规定了光纤接口的规范，包括上下行速率、工作波长、双工方式、线路编码、链路预算以及光接口的其他详细要求。

2)TC层

TC层是GPON技术的核心，G.984.3标准规定了帧结构、DBA、ONU激活、OAM功能以及安全性等方面的要求。TC层包括成帧子层(FramingSublayer)和适配子层(AdaptationSublayer)两个子层。
(1) 成帧子层的主要作用是提供GPON 传输汇聚(GTC)净荷和物理层操作管理和维护(PLOAM)的复用和解复用、GTC帧头的生成和解码以及嵌入式OAM的处理。另外，成帧子层还完成测距、带宽分配保护倒换等功能。
(2)适配子层的主要作用是利用GEM提供对上层协议和OMCI的适配（即GEM帧的封装和拆卸），同时还提供DBA控制等功能。

3)OMCI层

OMCI层提供了对ONU进行远程控制和管理的手段，其要求在G.984.4和G.988标准中规定。