SDN 数据层的功能相对简单，相关技术研究主要集中在交换机和转发规则方面：首先是交换机设计研究，即设计可扩展的快速转发设备，它既可以灵活匹配规则，又能快速转发数据流；其次是转发规则的相关研究，例如规则失效后的一致性更新问题等。
将配置细节进行抽象，使管理人员能够使用较高抽象层次(high-level)的管理方式统一更新，就可防止低层管理引起的不一致性问题。一般采用两阶段提交方式来更新规则：第 1 阶段，当某个规则需要更新时，控制器询问每个交换机是否处理完对应旧规则的流，并对处理完毕的所有交换机进行规则更新；第 2 阶段，当所有交换机都更新完毕时，才完成更新，否则将取消该更新操作。
在数据平面建立与协议无关的流指令集(flow instruction set,简称 FIS)，可以做到协议无关的转发。协议无关的 FIS 抽象了数据平面，每个协议相关的规则会转化成 FIS 中协议无关的指令，并被数据平面硬件所识别,从而实现快速转发。协议无关的 FIS 使规则与转发设备无关，提高了数据平面的可扩展性，真正实现了控制平面与数据平面的全面分离。
控制器是控制层的核心组件，通过控制器，用户可以逻辑上集中控制交换机，实现数据的快速转发，便捷安全地管理网络，提升网络的整体性能。
控制层存在一致性、可用性和容错性等特性，这 3 种特性的需求无法同时满足，达到三者之间的平衡是今后的重要工作之一。
随着 SDN 的快速发展，SDN 已应用到各个网络场景中，从小型的企业网和校园网扩展到数据中心与广域网，从有线网扩展到无线网。无论应用在任何场景中，大多数应用都采用了 SDN 控制层与数据层分离的方式获取全局视图来管理自己的网络。
有了数据中心作保障，用户可以通过云网络方便进行网络管理。不过，基于云环境的网络拓扑是多变的，而通过 SDN 可以获取全局信息，实现云网络管理。
广域网连接着众多数据中心，这些数据中心之间的高效连接与传输等流量工程问题，是众多大型互联网公司努力的目标。为了能够提供可靠的服务，应确保当任意链路或路由出现问题时仍能使网络高效运转。
SDN 技术研究初期就开始部署在无线网络之中，目前已广泛应用在无线网络的各个方面。
SDN 目前已经得到各方面的关注，不仅在学术界对 SDN 关键技术进行了深入研究，而且在产业界已经开始了大规模应用。SDN 技术的出现带来了诸多机遇，同时也面临着更多的挑战。以下是SDN未来的一些研究方向：
- SDN 可扩展性研究
- SDN 规模部署与跨域通信
- 传统网络与 SDN 共存问题研究
- SDN 在数据中心的应用研究
- 借鉴 SDN 思想融合 IPv6 过渡机制
- SDN 与其他新型网络架构融合
- SDN 网络安全