构建覆盖网络的想法已经有几十年的历史，事实上，最初互联网就是作为电话网的覆盖网络来构建的。很多早期的覆盖网络目标是提供下层网络缺失的功能，比如多播主干网（multicast backbone，MBONE）就是为了在互联网上实现多播功能。除了提供功能增强之外，通过覆盖网络改善稳定性和提高性能也有很长的历史，20世纪90年代就出现了相关的研究工作。随着P2P技术的迅速发展，覆盖网络的定义边界再次被拓展，P2P等类似应用利用终端用户的家用计算机来构造覆盖网络实现文件传输等功能，而不再需要独立部署的大型节点服务器。

覆盖网络充分利用下层网络的基础设施，通过部署节点和逻辑链路，覆盖网络可以在避免重新设计和部署现有网络的同时优化网络性能和提供服务。在覆盖网络中，节点之间将自有协议内容封装在原始数据包中，利用控制平面在节点之间通过下层网络传递数据，并在接受节点对数据进行解包，实现覆盖网络间的通信。相关研究将覆盖网络分成3类：①缓存覆盖网络。目标是在网络上分发网站、视频、音乐等可缓存的在线内容。这类覆盖网络能够改善网络的可用性、性能、源站负载和可拓展性。②路由覆盖网络。目标是在公共互联网上提供更加稳定、延迟更低、吞吐更高的网络通信服务。③安全覆盖网络。目标是提高网络服务的安全特性，包括防御分布式拒绝服务（distributed denial of service，DDoS）等。

这3种覆盖网络经常是相互结合使用。

互联网的出现为众多领域带来大量的新应用，包括商业、娱乐、新闻和社交等。它深度改变了人类社会的通信方式。最新出现的应用对网络性能提出了更高的要求，但同时又需要快速拓展的能力和低廉的运行成本来维持互联网的可持续性。例如，主流的电商网站要求至少超过“4个9（99.99%）”的可靠性，新兴的高清视频直播需要全球范围大规模传输海量的视频数据。仅依靠互联网本身无法满足这些应用的需求，但完全重新设计和部署互联网是难以实现的，覆盖网络就能很好地弥补现实和需求之间的缝隙。覆盖网络可以利用现有互联网基础设施构建虚拟网络，满足新型互联网应用的性能需求，覆盖网络的灵活性也使其能很好地控制实施成本。