Принцип традиционной коммутации и маршрутизации по протоколам TCP/IP в сетевом элементе на двух плоскостях – управление (Control Plane) и передача данных (Data Plane) показан на рисунке ниже. На рисунке показаны три последовательно соединенных через сетевые линки соседних маршрутизатора. Структура среднего маршрутизатор показана более подробно, а крайних – упрощенно. Плоскость администрирования и установки политик представляет собой сетевой «клиент» от вышестоящего сервера администрирования.

Традиционная коммутация и маршрутизация TCP/IP в сетевом элементе на двух плоскостях – управления и передачи данных. 

Маршрутизаторы обмениваются пакетами данных, приходящими на входные порты на плоскости передачи данных (Data Plane). Здесь при помощи таблиц передачи данных (Forwarding Table) осуществляется коммутация пактов со входного порта на выходной порт. Таблицы передачи на плоскости Data Plane управляются при помощи таблиц маршрутизации (Routing Table) на плоскости управления (Control plane).

Таблица маршрутизации содержит информацию о заданном маршруте пакета, а таблица передачи (Forwarding) содержит информацию о выходном порте маршрутизатора, на который надо отправить пакет.

Информация о состоянии соседних маршрутизаторов содержится в базе данных состояний, которая постоянно обновляется при помощи протокола RIP (Routing Information Protocol).

Статическая маршрутизация предусматривает установку фиксированного маршрута пакета через сеть, без протоколов динамической маршрутизации (OSPF, RIP и др.).

Традиционная коммутация и маршрутизация имеет тот недостаток, что на процесс просмотра таблиц маршрутизации и анализ маршрута при помощи протоколов динамической маршрутизации (OSPF, RIP, а также других), тратится время и это снижает эффективность работы сети.

Кроме того, «нагромождение» протоколов, которые призваны повысить эффективность, усложняет работу сети и затрудняет обслуживание и поиск неисправностей.

У группы исследователей университета Беркли в Калифорнии (США) в 2008 г. возникла идея абстрагировать сетевые протоколы плоскости управления (Control Plane) от нижележащего уровня оборудования, и вынести их функции в особый сервер, получивший название «контроллер SDN». В задачу такого контроллера входит, в частности, установка оптимальных маршрутов для передачи пакетов, путём постоянной корректировки таблиц потоков (flow table) в сетевых элементах через открытые протоколы, например OpenFlow. Сами сетевые элементы при этом больше не занимаются работой по вычислению оптимального маршрута для очередного пакета, а лишь исполняют глобальные установки SDN-контроллера, что показано на рисунке ниже.

Архитектура SDN с абстрагированием уровней.

Абстрагирование очень полезно для быстрого нахождения возможных источников проблем в соответствующем уровне сетевой иерархии (например, OSI) для того, чтобы эти проблемы можно было быстрее локализовать и устранить.

Изобретатели SDN отмечали, что множество традиционных протоколов в сети сложно использовать на практике и сложно преподавать. Один из них, Скотт Шенкер (Scott J. Shenker) профессор компьютерных наук из Калифорнийского Университета Беркли (University of California, Berkeley), отмечал, что он преподаёт в университете, по его образному выражению, «big bag of protocols», т.е. «большой мешок с протоколами». Иногда для одной и той же цели в традиционных сетях Ethernet предназначалось несколько разных протоколов, разработанных разными коллективами и выполняющих сходные задачи. Это часто служит предметом дискуссий на тему «какой протокол лучше». Однако, такая «мешанина протоколов» не только не обеспечивает оптимальное сетевое управление, но и приводит к большим расходам на администрирование сети.

Программно-конфигурируемая сеть SDN разделяет уровни управления сетью и передачи данных, и обеспечивает централизованное отображение топологии сети (network view) для оркестрации и автоматизации предоставления услуг сети.