Netzwerke

NAT erklärt: Das unsichtbare Rückgrat moderner Netzwerke

By Julian Becker , on 19 Juni 2025 à 11:25 - 8 minutes to read

In der heutigen digitalisierten Welt sind IP-Netzwerke allgegenwärtig, und obwohl die Menschen täglich mit dem Internet interagieren, bleibt ein zentraler Bestandteil oft unbeachtet. Die Rede ist von NAT, oder Network Address Translation, einem grundlegenden Konzept, das die Grundlage für moderne Netzwerke bildet. Dieses Verfahren ermöglicht es, mehrere Geräte in einem lokalen Netzwerk über eine einzige öffentliche IP-Adresse mit dem Internet zu verbinden, was nicht nur kostensparend, sondern auch notwendig ist, um die knappen IPv4-Adressen effizient zu nutzen.

Was ist NAT und wie funktioniert es?

NAT oder Network Address Translation ist ein Verfahren, das in Routern zum Einsatz kommt, um lokale Netzwerke mit dem Internet zu verbinden. Das Problem, das NAT löst, ist die begrenzte Anzahl von öffentlichen IPv4-Adressen. Angenommen, ein Haushalt hat mehrere Geräte, vom Smartphone bis zum Smart-TV. In der Vergangenheit benötigte jedes dieser Geräte eine eigene öffentliche IP-Adresse, was sowohl finanziell als auch logistisch unpraktisch wäre. Durch NAT können all diese Geräte private IP-Adressen verwenden, während der Router die öffentliche Adresse zur Kommunikation mit dem Internet nutzt.

Der Mechanismus funktioniert folgendermaßen: Wenn ein Gerät im lokalen Netzwerk, beispielsweise mit der privaten IP-Adresse 192.168.0.2, eine Verbindung zum Internet herstellen möchte, sendet es seine Daten an den Router. Der Router ersetzt dann die private IP-Adresse durch seine eigene öffentliche IP-Adresse, beispielsweise 222.0.0.1. Um die Rückantwort an das richtige Gerät im lokalen Netzwerk zu leiten, speichert der Router eine Tabelle mit den ursprünglichen IP-Adressen und den entsprechenden Port-Nummern. Dieser Vorgang wird als Source Network Address Translation (SNAT) bezeichnet.

Die Rolle der NAT-Tabelle

Eine entscheidende Komponente von NAT ist die NAT-Tabelle, in der die Zuordnungen von privaten und öffentlichen IP-Adressen gespeichert werden. Diese Tabelle spielt eine entscheidende Rolle in der Funktionsweise von NAT. Jedes Mal, wenn ein Gerät im lokalen Netzwerk eine Anfrage sendet, wird ein neuer Eintrag in der NAT-Tabelle erstellt. Dieser Eintrag enthält die ursprüngliche private IP-Adresse, die öffentliche IP-Adresse und die Port-Nummer. Wenn die Antwort aus dem Internet zurückkommt, kann der Router mithilfe dieser Tabelle die Daten an das richtige Gerät weiterleiten.

Die Einschränkung liegt darin, dass die NAT-Tabellen nur eine begrenzte Anzahl an Verbindungen halten können, was in stark frequentierten Netzwerken zu Problemen führen kann. Es gibt auch zeitliche Beschränkungen für die Einträge in diesen Tabellen, die sicherstellen sollen, dass keine leeren oder veralteten Einträge bestehen bleiben. Hierbei kommt es oft vor, dass unter hoher Last laufende Verbindungen abgebrochen werden müssen, was beispielweise bei Videoanrufen spürbar sein kann.

Die Vorteile von NAT

Ermöglicht mehrere Geräte, über eine gemeinsame öffentlichen IP-Adresse zu kommunizieren.
Versteckt private IP-Adressen vor dem Internet, was ein gewisses Maß an Sicherheit bietet.
Hilft bei der Verwaltung und Einsparung von öffentlichen IP-Adressen.

NAT: Die Lösung für die IPv4-Adressenknappheit

Die steigende Zahl an internetfähigen Geräten in den letzten Jahrzehnten hat zur Knappheit von IPv4-Adressen geführt. Bei nur etwa 4,3 Milliarden verfügbaren IPv4-Adressen war es klar, dass eine Lösung gefunden werden musste, um den wachsenden Bedarf zu decken. Hier kommt NAT ins Spiel, das als Übergangslösung fungiert, während der Wechsel zu IPv6 im Gange ist. IPv6 bietet mit über 340 Billionen Billionen Billionen möglichen IP-Adressen eine langfristige Lösung für die Adressknappheit.

Heute ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Haushalt Dutzende von Geräten hat, die miteinander verbunden sind. Doch die limitierten IPv4-Adressen verhindern, dass jedes dieser Geräte online sichtbar ist. NAT ermöglicht es dabei, mehrere dieser Geräte unter einer einzigen öffentlichen IP-Adresse zusammenzufassen, indem es private IP-Bereiche wie 10.0.0.0, 192.168.0.0 oder 172.16.0.0 nutzt, die für private Netzwerke reserviert sind.

Praktische Beispiele für den Einsatz von NAT

Einer der häufigsten Anwendungsfälle für NAT ist in Heimnetzwerken zu beobachten. Ein TP-Link-Router könnte beispielsweise eine öffentliche IP-Adresse zugewiesen bekommen, während alle angeschlossenen Geräte private Adressen innerhalb eines Netzwerkbereichs erhalten. Dies ermöglicht es, dass ein Computer, ein Smartphone und ein Smart-TV gleichzeitig im Internet surfen können, ohne dass jedes Gerät seine eigene IP-Adresse benötigt.

Die Verwendung von NAT ist auch in Unternehmensnetzwerken weit verbreitet, wo unterschiedliche Abteilungsnetzwerke miteinander verbunden sind. Ein Cisco-Router könnte hier als zentrale Verbindung fungieren, der den Verkehr zwischen den internen Netzen und dem Internet steuert und gleichzeitig Sicherheitsvorkehrungen trifft.

Herausforderungen des NAT

Begrenzte Anzahl gleichzeitiger Verbindungen aufgrund von NAT-Tabellen.
Probleme mit bestimmten Anwendungen, die direkte Verbindungen erfordern, wie VoIP.
Komplexität bei der Fehlerbehebung durch NAT-bedingte Probleme.

Die verschiedenen Typen von NAT

NAT ist nicht monolithisch; es gibt verschiedene Typen, die sich je nach Einsatzzweck und darf man mit Einsatzmodellen etwas voneinander unterscheiden lassen. Zwei Haupttypen sind Source NAT (SNAT) und Destination NAT (DNAT).

Source Network Address Translation (SNAT)

SNAT wird verwendet, um die Quelladresse eines Pakets zu ändern, wenn es das lokale Netzwerk verlässt. Dies geschieht, um die private IP-Adresse zu verbergen und den Datenverkehr durch die öffentliche IP-Adresse des Routers zu leiten. Wenn beispielsweise ein Gerät mit der IP 192.168.1.2 ein Datenpaket an das Internet sendet, ersetzt der Router diese Adresse durch seine eigene öffentliche IP-Adresse. Dies ermöglicht eine sichere und kohärente Kommunikation, da der Empfänger nur die öffentliche IP-Adresse sieht.

Operation	Beschreibung
SNAT	Ändert die Quell-IP-Adresse in der Anfrage.
DNAT	Ändert die Ziel-IP-Adresse bei eingehenden Anfragen.

Destination Network Address Translation (DNAT)

Im Gegensatz dazu nutzt DNAT eine eingehende Anfrage und ändert die Zieladresse, um ein bestimmtes Gerät im lokalen Netzwerk anzusprechen. Dies geschieht häufig in Port-Forwarding-Szenarien, wo ein Server hinter einem Router läuft und von außen erreichbar sein muss. Beispielsweise könnte ein Router so konfiguriert werden, dass er alle Anfragen auf Port 80 (HTTP) an einen D-Link-Server mit der IP 192.168.1.3 weiterleitet.

Anwendungsbeispiele von DNAT

Webserver: Ein Server in einem lokalen Netzwerk, der über das Internet zugänglich sein soll.
Remote-Zugriff: Ein Unternehmen, das seinen Mitarbeitern ermöglicht, sicher auf interne Systeme zuzugreifen.
Gaming: Online-Gaming-Server, die für externe Spieler zugänglich sein müssen.

NAT und Sicherheitsaspekte

In vielen Diskussionen wird NAT oft als Sicherheitsfeature präsentiert, da die private IP-Adresse der Geräte im Netzwerk vor externen Angreifern verborgen bleibt. Diese Anonymität ist jedoch kein Allheilmittel und kann nicht als Ersatz für eine richtige Firewall betrachtet werden. NAT blockiert lediglich unerwünschte eingehende Verbindungen, die nicht von internen Geräten initiiert wurden.

Die Realität ist, dass NAT nicht speziell zur Verbesserung der Sicherheit entwickelt wurde. Eher handelt es sich um ein Nebenprodukt der Technologie, das in einem lokalen Netzwerk für mehr Privatsphäre sorgt. Beispielsweise könnte eine Fritz!Box alle eingehenden Verbindungen blockieren, es sei denn, es existiert bereits eine ausgehende Verbindung. Diese Art von Regelung erhöht die Sicherheit, erfordert jedoch zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen, um vollständig geschützt zu sein.

Rolle der Firewall

Es ist von entscheidender Bedeutung, dass zusätzlich zu NAT eine vollwertige Firewall vorhanden ist. Die Firewall kann Schäden durch bösartige Angriffe und unerwünschte Zugriffe verhindern. Sie ergänzt die Schutzmechanismen von NAT und sollte idealerweise in jedem Netzwerk implementiert werden, unabhängig von der Nutzung von NAT.

Wichtige Sicherheitsüberlegungen

NAT bietet keinen vollständigen Schutz vor Angriffen.
Eine Konfiguration der Firewall ist unerlässlich für umfassende Sicherheit.
Die Anfälligkeit für Sicherheitsvorfälle steigt bei komplexen weiteren NAT-bedingten Entwicklungen.

Die Zukunft von NAT im Kontext von IPv6

IPv6 ist als langfristige Lösung für das Adressproblem gedacht und wird NAT überflüssig machen. Mit der Einführung von IPv6, das mehr als genug IP-Adressen für die gesamte Welt bietet, wird erwartet, dass die Abhängigkeit von NAT stark abnimmt. In einer idealen Welt benötigen Geräte ihre eigenen öffentlichen IP-Adressen, wodurch der Datenverkehr direkt zwischen ihnen fließen kann, ohne die Einschränkungen, die NAT mit sich bringt.

Die Migration zu IPv6 ist jedoch ein langsamer Prozess, der von vielen Faktoren abhängt, einschließlich der Unterstützung durch ISPs, der Hardware-Anforderungen und der Komplexität der Implementierung. Bis diese Lücke zwischen IPv4 und IPv6 geschlossen ist, wird NAT weiterhin eine wichtige Rolle in der Netzwerkarchitektur spielen.

Schlussfolgerungen zur Umstellung auf IPv6

Die Umstellung auf IPv6 ist nicht nur technisch entscheidend, sondern auch ökologisch und ökonomisch vorteilhaft. IPv6 ermöglicht eine effektivere Verwaltung von Netzwerkressourcen und verbessert die Leistung und Effizienz des gesamten Internets. Angesichts der Herausforderungen, die sich aus der Abhängigkeit von NAT ergeben, wird die beschleunigte Migration zu IPv6 als eine der zentralen Herausforderungen für die Netzwerkarchitektur in den kommenden Jahren betrachtet.

Wichtige Punkte zur Migration zu IPv6

Verbesserte Netzwerkleistung durch Wegfall von NAT.
Erweiterte Sicherheitsfunktionen durch natives IP-Sicherheit.
Bessere Skalierbarkeit und Flexibilität für zukünftige Netze.

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Julian Becker

Ich bin Julian Becker, Netzwerkarchitekt bei einer Versicherungsgesellschaft in München. Ich liebe es, komplexe technische Themen verständlich zu machen – deshalb erstelle ich gerne klare Anleitungen und schule meine Kolleginnen und Kollegen regelmäßig. Mein Ziel: Netzwerke so gestalten, dass sie nicht nur funktionieren, sondern auch für alle nachvollziehbar sind.