Оверле́йная сеть (Overlay Network) — сеть, создаваемая поверх другой сети. Это надстройка над сетевыми протоколами, позволяющие реализовывать возможности, не предусмотренные в основных сетевых протоколах. Примерами оверлеев являются сети VPN и одноранговые сети, которые работают на основе Internet, или связь по протоколу PPP «поверх» обычной телефонной сети.
Основное преимущество оверлейных сетей заключается в том, что они позволяют разрабатывать и эксплуатировать новые распределённые сервисы без внесения изменений в основные протоколы сети. Недостаток оверлеев - повышенные затраты времени при передаче информации из–за дополнительного уровня обработки пакетов или неоптимальных маршрутов.