In fortgeschrittenen Netzwerkeinstellungen oder beim Einrichten von Netzwerkkarten in virtuellen Maschinen stößt man häufig auf den Begriff NAT. Hier erkläre ich, was dieser Begriff bedeutet und welche Vor- und Nachteile damit verbunden sind.

Definition von NAT

NAT steht für „Network Address Translation“, also Netzwerkadressübersetzung. Diese Technologie ermöglicht es privaten Geräten, mit dem öffentlichen Internet zu kommunizieren, indem sie die Quell- und Ziel-IP-Adressen in den Datenpaketen, die der Router empfängt und sendet, umwandelt. NAT ist eine wesentliche Funktion, die in den meisten Netzwerken standardmäßig genutzt wird. Um das Konzept von NAT besser zu verstehen, sind einige grundlegende Netzwerkkenntnisse erforderlich:

• Innerhalb eines Heimnetzwerks besitzt jedes internet- oder WLAN-fähige Gerät wie Laptops oder Smartphones eine eigene private IP-Adresse.
• Ein Gerät mit einer privaten IP-Adresse kann zwar innerhalb des Heimnetzwerks kommunizieren, benötigt jedoch eine öffentliche IP-Adresse, um auf das Internet zugreifen zu können. Üblicherweise stellt der Internetanbieter jedoch nur eine einzige öffentliche IP-Adresse zur Verfügung.
• Um zu verhindern, dass jedes Haushaltsgerät eine eigene öffentliche IP-Adresse benötigt, setzt der Router NAT ein.
• Geräte, die eine Internetverbindung benötigen, senden ihre Anfragen in Form von Datenpaketen an den Router. Der Router ersetzt dann die private IP-Adresse durch die öffentliche IP-Adresse, bevor er die Pakete ins Internet weiterleitet.
• Bei der Antwort vom Internet ersetzt der Router die öffentliche IP-Adresse der zurückkommenden Datenpakete mit der entsprechenden privaten IP-Adresse und leitet diese an das ursprüngliche Gerät weiter.
• NAT fungiert demnach als Übersetzer zwischen „privaten“ und „öffentlichen“ Adressen.

Ein einfaches Beispiel zur Erklärung

Stellen Sie sich vor, dass der Zugriff eines Heimnetzgeräts auf das Internet wie ein Briefwechsel funktioniert, bei dem der Router als Verwalter die Adressen mit Hilfe von NAT anpasst.

• In einem privaten Netzwerk, bestehend aus Geräten wie Laptops und Handys, hat jedes seine eigene private IP-Adresse, die nur innerhalb des Netzwerks sichtbar ist.
• Der Router verwaltet eine einzige öffentliche IP-Adresse für den Internetzugang.
• Möchte ein Laptop eine Webseite aufrufen, erstellt er ein Datenpaket mit der Empfänger-IP der Webseite und seiner eigenen privaten IP als Absender und sendet es an den Router.
• Im Router wandelt NAT die private IP in die öffentliche IP um und merkt sich, welches Gerät die Anfrage gestellt hat, bevor die Anfrage an die Webseite weitergeleitet wird.
• Die Webseite sieht die Anfrage als vom Router stammend, nicht vom Laptop, und schickt ihre Antwort an den Router.
• Wenn der Router die Antwort erhält, ersetzt er die Zieladresse wieder durch die private IP des Laptops und leitet die Antwort dorthin weiter.
• Dieser Vorgang wird für jede Anfrage und Antwort im Netzwerk wiederholt.

Warum wird NAT benötigt?

Das Beispiel zeigt, dass NAT wichtig ist, weil es nicht genügend öffentliche IP-Adressen gibt, besonders bei der Nutzung des IPv4-Standards. NAT ermöglicht es, dass viele private Geräte über eine einzige öffentliche IP-Adresse auf das Internet zugreifen können, was IP-Adressen spart. Außerdem bietet NAT einen Sicherheitspuffer, indem es den direkten Zugriff auf die Geräte im Netzwerk erschwert.

Verschiedene NAT-Arten

• Dynamisches NAT: Die Zuordnung zwischen privaten und öffentlichen IP-Adressen erfolgt flexibel nach Bedarf.
• Statisches NAT: Es gibt feste Zuordnungen von internen zu öffentlichen IP-Adressen, was für spezielle Anwendungen genutzt wird.
• PAT (Port Address Translation): Sowohl die IP-Adressen als auch die Portnummern werden geändert, um mehrere Geräte im Netzwerk über eine öffentliche IP-Adresse zu verbinden.

Vorteile von NAT

• Teilanonymität: Da viele Geräte unter einer gemeinsamen öffentlichen IP-Adresse agieren und sich diese ändern kann, bietet NAT ein gewisses Maß an Anonymität.
• Sicherheit: Internen IP-Adressen werden vor Blicken aus dem Internet verborgen, wodurch mögliche Angriffswege minimiert werden.
• Flexibilität: Netzwerke können mit beliebigen privaten IP-Adressen konfiguriert werden, ohne dass sie global eindeutig sein müssen.

Nachteile von NAT

• Erschwerte Peer-to-Peer-Verbindungen: NAT kann direkte Verbindungen zwischen Geräten erschweren, was bei Online-Spielen oder Videoanrufen zu Problemen führt, es sei denn, es werden spezielle Techniken wie Portweiterleitung genutzt.
• Komplexität: Die Konfiguration und Fehlersuche in einem Netzwerk wird komplizierter, besonders wenn dieses wächst.
• Einschränkungen bei der Skalierung: NAT kann zu Problemen führen, wenn viele Geräte gleichzeitig über dieselbe öffentliche IP-Adresse online gehen.

NAT und die Zukunft mit IPv6

Das neuere Internet-Protokoll IPv6 bietet einen weit größeren Adressraum, was NAT überflüssig macht. Mit IPv6 erhält jedes Gerät eine eigene öffentliche IP-Adresse und kann ohne Einschränkungen kommunizieren. Trotzdem bleiben Firewalls und andere Sicherheitsmaßnahmen wichtig, um Geräte zu schützen.