SDN最初设想只是用于基于分组的网络，其管理、控制和转发/数据平面的操作在节点本地执行，并且每个节点可以自主地转发分组。可以说，对于城域以太网或PTN等分组交换网，SDN在摆脱硬件对其网络架构的限制方面，产生了巨大的价值。随着时间的推移，传输网络的发展与分组交换网络不同。从历史上看，传输网一般只有一个由网络管理系统（NMS）组成的集中式管理平面。而除了管理平面，部分运营商也采用了自动交换光网络（ASON）架构，使用通用多协议标签交换（GMPLS）协议作为其光传送层的控制平面。
这里的控制平面由一组位于每个传输网元NE这上的应用程序组成，这些应用程序基于GMPLS协议，可实现路径计算和网络拓扑发现、资源寻找等功能。因此，每个传输网元都可以访问完整的网络拓扑和资源，以支持端到端的业务，但也对每个具体网元的主控性能提出了更高的要求。
同时，根据部署的保护和恢复方案，在使用GMPLS的网状Mesh网络中，光传输网络通常也需要实现低至50毫秒或更好的保护切换时间，或高达100-200毫秒的恢复时间。这就需要一个与底层网元紧密耦合的分布式控制平面来实现这一级别的性能。鉴于某些原因，大多数运营商也并不希望一个完全集中的控制平面。
在部署集中式还是分布式方面，如上文所说，运营商存在某些考量。完全的分布式存在无法精确的感知整个网络，网络配置也相对复杂得多。分布式控制带来的好处是稳定和可扩展，缺点是没有办法做到全局最优，相反集中式控制的优点是擅长全局的调度，不足之处在其可扩展性较差。关于这一点，我们不在这里做过多的辩论分析。
但从控制平面的角度来看，从GMPLS转移到SDN，运营商寻求异构传输网络中多个供应商之间以及跨多个网络层的互操作性，以获得多层协调和优化的好处。因此,对于传输层面的SDN，运营商更可能会利用分布式SDN控制器，借用SDN体系结构的分层特性，利用其南北向接口、东西向接口和编排层，实现跨多个供应商域和跨多个网络层的端到端路径供应。
为此，中国移动/电信、海外运营商以及开放网络论坛（ONF）等行业机构提出了一种新的体系结构：即域控制器将管理每个供应商自己域内的光传输网元，通过向公共网络控制器（父控制器）提供开放的北向接口，网络控制器将抽象光传送层的细节，同时通过向SDN的应用程序（如OSS/BSS、网络优化等）提供开放接口来实现端到端的服务。而Orchestrator编排器则用来促进各个域控制器在东西方向上的相互通信，从而实现多供应商多厂家以及与传统网络的互操作性。
关于SDN接口，SDN的北向接口是面向网络业务的管理接口，不同于传统设备只是单个设备的配置接口。实现北向接口有RESTful、NETCONF和CLI等协议；在南向接口方面，其作用是从设备收集拓扑标签等信息，主要有OpenFlow、NETCONF、PCEP以及BGP/BGP-LS等协议以用作转控分离。而为了与传统或其他网络互通时，则需要东西向接口支持跨域的BGP协议。
分层SDN体系结构如下图所示。
在这种架构中，通过多个SDN控制器对分组设备与波分设备进行管控，比如说L2/MPLS-TP控制器用来控制分组网络，而光层/L1 控制器则可以控制网络中的WDM/OTN网元。通过这种光传输的分层SDN体系结构，将使运营商能够充分利用网络资源，并最终对光网络物理层进行抽象，以实现光网络的虚拟化，即光传输网络即服务。