NAT-Arbeitsprozess
Der NAT-Prozess (Network Address Translation) beginnt, wenn ein Gerät in einem lokalen Netzwerk mit einer privaten IP-Adresse eine Verbindung zum Internet herstellen möchte. Wenn eine Anforderung gesendet wird, übersetzt der Router, der die NAT verwaltet, die private IP-Adresse in eine öffentliche IP-Adresse.
Diese Router sind mit NAT-Tabellen ausgestattet, in denen Informationen über die Beziehung zwischen privaten und öffentlichen IP-Adressen gespeichert sind. Wenn die Anfrage gesendet wird, ersetzt der Router die private IP-Adresse durch die entsprechende öffentliche IP-Adresse aus der NAT-Tabelle, bevor er das Datenpaket an das Internet sendet.
Funktionsweise von NAT-Tabellen: interne (private) und externe (öffentliche) Spalten
Die NAT-Tabelle auf einem Router besteht aus mehreren Spalten, darunter Spalten für interne (private) IP-Adressen und externe (öffentliche) IP-Adressen. Bei jeder Durchführung einer Übersetzung zeichnet der Router diese Beziehungen in einer Tabelle auf. Wenn beispielsweise ein Gerät mit der privaten IP-Adresse 192.168.1.10 eine Anfrage an das Internet sendet, protokolliert der Router diese Beziehung.
| Interne IP-Adresse | Externe IP-Adresse |
| 192.168.1.10 | 203.0.113.5 |
Wenn ein Datenpaket aus dem Internet eingeht, verwendet der Router die NAT-Tabelle, um die öffentliche IP-Adresse wieder in die entsprechende private IP-Adresse umzuwandeln, und sendet diese Daten dann an das entsprechende Gerät im lokalen Netzwerk.
Case Study: Interaktion zwischen Geräten in privaten Netzwerken und dem Internet
Angenommen, es gibt zwei Geräte im lokalen Netzwerk: PC1 mit der privaten IP-Adresse 192.168.1.2 und PC2 mit der privaten IP-Adresse 192.168.1.3. Wenn PC1 versucht, auf eine Website im Internet zuzugreifen, werden die folgenden Schritte ausgeführt:
- Anfrage von PC1: PC1 sendet eine Anfrage an die Website (z.B. www.example.com). Dieses Datenpaket hat die Quelladresse 192.168.1.2.
- Übersetzung durch Router: Der Router empfängt das Paket und erkennt, dass die Quelladresse privat ist. Der Router ersetzt dann die Quelladresse durch eine vordefinierte öffentliche Adresse (z. B. 203.0.113.5) und zeichnet die Zuordnung in der NAT-Tabelle auf.
- Zustellung ins Internet: Übersetzte Datenpakete werden nun mit der Quelladresse 203.0.113.5 ins Internet gesendet.
- Antworten von der Website: Wenn eine Website eine Antwort gibt, wird diese an die öffentliche Adresse 203.0.113.5 gesendet.
- Zurück zu PC1: Der Router empfängt die Antwort und verwendet die NAT-Tabelle, um die öffentliche Adresse 203.0.113.5 zurück in die private Adresse 192.168.1.2 zu konvertieren, bevor das Paket an PC1 zurückgesendet wird.
Auf diese Weise können Geräte in einem privaten Netzwerk mit dem Internet kommunizieren, auch wenn sie eine private IP-Adresse verwenden, die von externen Netzwerken nicht erkannt werden kann, dank eines Übersetzungsmechanismus, der vom Router über seine NAT-Tabelle verwaltet wird.
Vergleich von statischer NAT und dynamischer NAT
| Aspekte | Statische NAT | Dynamisches NAT |
| Überlegenheit | – Öffentliche IP-Adressen sind festgelegt. | – Effizientere Nutzung öffentlicher IP-Adressen. |
| – Geeignet für Server, die einen permanenten Zugriff benötigen. | – Spart IP-Ressourcen durch alternative Verwendung. | |
| – Einfache Registrierung bei DNS. | – Es eignet sich für Netzwerke mit vielen Clients. | |
| Begrenzungen | – Erfordert eine öffentliche IP-Adresse für jedes private Gerät. | – Das Gerät verfügt nicht über eine feste öffentliche IP-Adresse. |
| – Ineffizient für große Netzwerke mit mehreren Geräten. | – Kann nicht für Geräte verwendet werden, auf die über das Internet zugegriffen werden muss. |
Wann sollte statisches NAT und dynamisches NAT verwendet werden?
1. Statische NAT
Sie wird implementiert, wenn ein Gerät in einem privaten Netzwerk eine konsistente öffentliche IP-Adresse benötigt.
Ideal für Webserver, E-Mail-Server oder andere Geräte, die einen kontinuierlichen Zugriff über das Internet erfordern.
Beispiel: Ein Unternehmen hat einen Server mit der privaten IP-Adresse 192.168.1110, auf den es über das Internet mit einer öffentlichen IP-Adresse 203.0.113.10 zugreifen möchte. Statische NAT stellt sicher, dass diese Verbindung aufrechterhalten wird.
2. Dynamisches NAT
Wird verwendet, wenn viele Geräte in einem privaten Netzwerk Zugriff auf das Internet benötigen, aber keine feste öffentliche IP-Adresse benötigen.
Geeignet für Clients, die nur mit dem Internet kommunizieren, wie z. B. der Computer des Benutzers im Büro oder IoT-Geräte.
Ein kleines Büro mit einem privaten Netzwerk 192.168.11.0/24 nutzt beispielsweise den öffentlichen IP-Adressbereich 203..0.113.10 – 203.0.113.20, um temporären Zugriff auf seine Geräte zu ermöglichen.