オーバーレイ ネットワークとは、あるコンピュータ ネットワークの上に構築された、仮想的なコンピュータ ネットワークを意味します。例えばインターネットVPNは、インターネット上に仮想的な専用線を構築する、オーバーレイ ネットワークの一種です。またこの他にも、コンテンツ配信を効率化するCDN(Content Delivery Network)等を、オーバーレイ ネットワークとして挙げることができます。
オーバーレイ ネットワークを構築する目的は、下層となる既存ネットワークでは実現できないことを、その上層となるオーバーレイ ネットワークで実現することにあります。例えばインターネットVPNの場合には、インターネットをそのまま使用したのでは確保しにくいセキュリティを、認証や暗号化といった技術を活用することで確保しています。またCDNではQoS(サービス品質)の向上が実現可能になります。
最近ではSDNを実現する手法としても、オーバーレイ ネットワークへの注目度が高まっています。例えばVXLAN(Virtual eXtensible Local Area Network)やNGVRE(Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation)は、そのための代表的な技術です。これらはいずれも、レイヤ3ネットワークの上に、仮想的なL2ネットワークを構築します。これによって単一のL2セグメントがカバーできる範囲を拡大し、仮想マシンのライブ マイグレーション等を行いやすくします。