ONF定义的SDN架构主要分为应用层、控制器层和基础设施层，其中，应用层聚焦网络业务逻辑开发，负责资源编排；控制器层进行全局网络的管理；基础设施层为各种网络设备，负责数据的转发。如图所示：
从控制器层的角度来说，与应用层的接口被为北向接口(NBI, Northbound Interface)，与基础设施之间的接口被定义为南向接口(SBI, Southbound Interface)。 通过对北向接口的封装，应用层以软件编程的形式调用各种网络资源和把控整个网络的资源状态，并对资源进行统一调度。理想情况下，应用层封装所有的“How”操作，向用户隐藏了网络相关的技术信息。上层应用在调用应用层的服务时，只需描述想要“What”就可以了。但当前北向接口方面还缺少业界公认的标准。其主要原因是北向接口直接为业务应用服务，其设计需密切联系业务应用需求，具有多样化的特征，很难统一。 ONF定义的SDN架构中南向接口协议是OpenFlow，用于控制器和交换机之间的通信，控制器可以通过OpenFlow下发流表控制交换机，交换机也可以反馈信息给控制器，同时，OpenFlow也规定了交换机对报文的转发方式。 总的来说，SDN架构不仅简化了网络设计与操作，而且也极大简化了网络设备本身，因为这些设备不再需要解析和处理数以千计的协议标准，只需接受来自控制器的指令。更为重要的是，网络管理员可以通过编程的方式来集中控制数以千计的设备，而不用针对每台设备进行手工配置，有效地缩短了业务上线的时间。
理想是丰满的，但现实往往呈现出很骨感，学术界提出的正统SDN，在产业界和运营商的不断实践下，南向接口不仅仅局限在OpenFlow，也包含了NETCONF、SNMP等协议。SDN不同的发展路线决定了SDN开发技术架构如图所示：
SDN体系架构分为4层，分别为应用层、业务编排层、控制层和转发层。其中，应用层专注于描述用户业务需求，而业务编排层专注于业务需求的“How”操作封装。需要说明的是，在运营商网络的SDN改造部署过程，基本上采用平滑演进的策略进行，用到的协议就不再单纯使用OpenFlow了。
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