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====== NAT & PAT – Grundlagen ======

NAT (**N**etwork **A**ddress **T**ranslation) und PAT (**P**ort **A**ddress **T**ranslation) 
sind Verfahren, bei denen IP-Adressen umgeschrieben werden.  
Sie werden hauptsächlich verwendet, um private Netzwerke mit dem Internet zu verbinden 
oder Dienste nach außen bereitzustellen.

===== Warum gibt es NAT? ======

  * IPv4-Adresse ist knapp
  * Private Netzwerke sollen nach außen mit **einer einzigen öffentlichen IP** auftreten
  * Sicherheit: interne Strukturen bleiben verborgen
  * Routing erfordert eindeutige Adressen → NAT löst das Abbildungsproblem

===== Private vs. öffentliche IPs =====

Private IP-Bereiche (nicht im Internet geroutet):

  * 10.0.0.0/8
  * 172.16.0.0/12
  * 192.168.0.0/16

Ein NAT-Router übersetzt private → öffentliche IPs und zurück.

===== 1:1 NAT =====

Jede interne IP bekommt **eine feste öffentliche IP**.

Beispiel:
  * intern: 192.168.1.10
  * extern: 203.0.113.10

Einsatz:
  * Server in der DMZ
  * VPN-Gateways
  * Mail-/Webserver

===== SNAT (Source NAT) =====

Verändert **Quelladresse** → typischerweise beim Zugriff ins Internet.

Beispiel:
  * PC: 192.168.1.20 → Internet
  * Router ersetzt Quell-IP durch: 203.0.113.5

<code>

 SRC vorher: 192.168.1.20 → nachher: 203.0.113.5


</code>

===== DNAT (Destination NAT) =====

Verändert **Zieladresse** → typischerweise für Portweiterleitungen.

Beispiel:
  * Internet → 203.0.113.5:443
  * Weiterleitung zu intern: 192.168.1.50:443

<code>

 DST vorher: 203.0.113.5 → nachher: 192.168.1.50


</code>

===== PAT (Port Address Translation) =====

PAT ist die am weitesten verbreitete Form von NAT.

  * viele interne Hosts teilen sich **eine** öffentliche IP
  * Unterscheidung erfolgt über **Ports**

PAT = „NAT mit Portnummern“

Beispiel:

<code>

 192.168.1.10:50000  → 203.0.113.5:40001
 192.168.1.11:50001  → 203.0.113.5:40002
 192.168.1.12:50002  → 203.0.113.5:40003


</code>

→ so können **tausende Geräte** gleichzeitig das Internet nutzen.

===== ASCII-Diagramm: Funktionsweise von PAT =====

<code>

 +-------------+         +-----------------+        +-------------------+
 |  Clients    |         |     Router      |        |      Internet     |
 | 192.168.1.x |-------> | PAT-Tabelle     |------->| 203.0.113.5       |
 +-------------+         +-----------------+        +-------------------+

 Beispiel Einträge:
 192.168.1.10:51234 → 203.0.113.5:40001
 192.168.1.11:41200 → 203.0.113.5:40002


</code>

===== NAT-Tabelle =====

Eine PAT/NAT-Tabelle speichert Zuordnungen:

| Interne Adresse       | Externe Adresse         | Protokoll | Port |
|-----------------------|-------------------------|-----------|------|
| 192.168.1.10:51234    | 203.0.113.5:40001       | TCP       | 443  |
| 192.168.1.11:41200    | 203.0.113.5:40002       | TCP       | 80   |

===== Vor- und Nachteile =====

==== Vorteile ====

  * spart öffentliche IPs
  * erhöht Sicherheit
  * ermöglicht Internetzugang für private Netze
  * typische Heimnetzlösung

==== Nachteile ====

  * erschwert Peer-to-Peer  
  * Dienste nach außen benötigen DNAT/Port-Forwarding  
  * kompliziert bei VoIP und bestimmten VPNs  

===== NAT Loopback =====

Erlaubt internen Clients, einen internen Server über seine **öffentliche IP** zu erreichen.

Beispiel:
  * Webserver intern: 192.168.1.50  
  * Domain zeigt auf: 203.0.113.5  
  * Clients können über Domain darauf zugreifen  

Ohne NAT Loopback:
  * interne Clients können Domain nicht nutzen

===== NAT vs. Routing =====

  * Routing → Adressen bleiben **erhalten**  
  * NAT → Adressen werden **geändert**


===== Einsatz in Unternehmen =====

Unternehmensfirewalls nutzen häufig:

  * SNAT für ausgehenden Traffic  
  * DNAT für Server in der DMZ  
  * PAT für Clients  
  * 1:1 NAT für kritische Systeme  



===== Beispiel: DNAT Webserver =====

<code>

 Internet → 203.0.113.5:443
 Firewall → DNAT → 192.168.10.50:443


</code>

===== Zusammenfassung =====

  * NAT = Umschreiben von IP-Adressen
  * PAT = Umschreiben von IP-Adressen **+ Ports**
  * SNAT = Quell-IP ändern
  * DNAT = Ziel-IP ändern
  * PAT ermöglicht tausenden Geräten Internetzugriff
  * notwendig wegen IPv4-Knappheit
  * wichtig für Firewalls, Router, Home-Netz und Unternehmen