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Die Tabelle der Netzwerkadressübersetzung (NAT) ermöglicht es Geräten in einem privaten Netzwerk, auf ein öffentliches Netzwerk wie das Internet zuzugreifen.
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Zwischen dem öffentlichen Netzwerk und dem privaten Netzwerk gibt es oft nur einen Einstiegspunkt, und dieser Einstiegspunkt ist normalerweise ein Router. Der Router selbst hat eine öffentlich zugängliche IP-Adresse, aber die Geräte im privaten Netzwerk ('versteckt' hinter dem Router) haben nur private IP-Adressen.
Wenn Datenpakete vom privaten Netzwerk in das öffentliche Netzwerk übertragen werden, müssen diese privaten IP-Adressen in eine öffentliche IP-Adresse „übersetzt“ werden, die mit dem öffentlichen Netzwerk kompatibel ist. Gleiches gilt für Datenpakete, die vom öffentlichen Netzwerk in das private Netzwerk eintreffen.
Wie NAT-Tabellen funktionieren
Die NAT-Tabelle ist genau das, wonach sie klingt: eine Tabelle mit Netzwerkadressübersetzungen, bei der jede Zeile in der Tabelle im Grunde eine Zuordnung von einer privaten Adresse zu einer öffentlichen Adresse ist.
Es gibt verschiedene Arten von Geräten, die NAT-fähig sind, aber Router sind für Heimanwender am gebräuchlichsten, daher verwenden wir sie für unsere Beispiele.
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Wenn der Router eine Anfrage von einem Gerät im privaten Netzwerk erhält, werden die Datenpakete beiseite gelegt, damit bestimmte Änderungen vorgenommen werden können. In erster Linie wird die „Quell-IP“ jedes Datenpakets von der privaten IP-Adresse (z. B. 192.168.0.100) in die öffentliche IP-Adresse des Routers (z. B. 68.202.151.70) geändert. Auch andere kleine Details werden geändert.
Der Router erstellt dann einen Eintrag in seiner NAT-Tabelle. Dazu muss es die Zieladresse des Datenpakets kennen. Wenn ein externes Datenpaket vom öffentlichen Netzwerk in das private Netzwerk gelangt, vergleicht der Router es mit der NAT-Tabelle, um zu wissen, an welches private Gerät es gehen soll.
Jede Zeile in der NAT-Tabelle ist eine Paarung einer privaten IP-Adresse mit einer externen Zieladresse und einem Port. Diese Paarung heißt a Verbindung . Jedes Gerät im privaten Netzwerk kann mehrere aktive Verbindungen haben.
Sobald der NAT-Eintrag erstellt wurde, schiebt der Router das Datenpaket an das öffentliche Netzwerk an seine beabsichtigte Ziel-IP-Adresse. Wenn ein Datenpaket aus dem öffentlichen Netzwerk eingeht, wird seine „Quell-IP“ in die private IP-Adresse des Zielgeräts geändert und dann in das private Netzwerk übertragen.
Um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, integrieren moderne NAT-Techniken zusätzlich zu den IP-Adressen auch Portnummern. Dadurch ist es möglich, App-zu-App-Verbindungen zwischen privaten Geräten und öffentlichen Geräten zu verfolgen. Solche Techniken heißen Netzwerkadresse und Portübersetzung (NAPT) , Portadressübersetzung (PAT) , unter anderen.
Potenzielle Probleme mit NAT-Tabellen
Jeder Eintrag in einer NAT-Tabelle benötigt eine bestimmte Menge an Speicher, um Verbindungsdetails zu speichern. Theoretisch könnte sich die NAT-Tabelle füllen, wenn Sie zu viele aktive Verbindungen haben. In diesem Fall sind die aktuellen Verbindungen nicht betroffen, aber neue Verbindungen werden abgelehnt.
Für den Internetverkehr benötigt ein typischer NAT-Tabelleneintrag etwa 160 Byte. Das ist im großen Ganzen vernachlässigbar. Zum Vergleich: 100.000 NAT-Tabelleneinträge dieser Größe würden nur etwa 15 MB RAM belegen. Selbst die billigsten Router haben dafür genug.
Mit anderen Worten, NAT-Tabellen füllen sich heutzutage selten und RAM ist selten der Flaschenhals für einen Router mit schlechter Leistung. Aber es gibt ein häufigeres Problem, über das Sie Bescheid wissen sollten.
Billiger Router, langsamer Router
Router, insbesondere billige, sind oft mit schwachen CPUs ausgestattet, da sie nicht für hohe Verarbeitungslasten ausgelegt sind. Es ist nicht so, als würden Sie direkt auf Ihrem Router Physik berechnen oder 3D-Animationen verarbeiten, oder?
Aber Netzwerkadressenübersetzung kann eine verarbeitungsintensive Aufgabe sein!
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Jedes einzelne Paket, das das private Netzwerk verlässt, muss übersetzt werden, und jedes einzelne Paket, das aus dem öffentlichen Netzwerk kommt, muss übersetzt werden. Jede einzelne Übersetzung mag einfach sein, aber bei starker Internetnutzung summiert sich alles.
Hier ist meine Netzwerkaktivität beim Surfen im Internet, mit einem 720p-YouTube-Video, das in einem Tab geöffnet ist, und einem Dutzend anderer Tabs für verschiedene Websites, alles im Edge-Browser.
Die ersten neun Prozesse verbrauchen durchschnittlich 1.182.149 Bytes pro Sekunde. Jede Netzwerkschnittstelle hat ein maximale Übertragungseinheit (MTU) , das ist die größte Größe, die ein Datenpaket haben kann. Ethernet und WLAN haben eine MTU von 1.500 Byte.
Mein Computer, der nichts anderes tut, als ein YouTube-Video anzusehen, belastet meinen Router mit einer Mindestlast von 788 Pakete pro Sekunde . Das setzt voraus, dass die Bytes alle in 1.500-Byte-Pakete unterteilt sind, was in der Praxis nicht der Fall ist. Etwas zwischen 1.000 und 3.000 Pakete pro Sekunde sind realistischer.
Die Belastung ist schlimmer während bandbreitenintensive Aktivitäten , wie Multiplayer-Spiele und Torrenting. Eigentlich, Torrenting ist so intensiv dass es heute die Hauptursache für NAT-Probleme für Heimanwender ist. (Offene Verbindungen zu Dutzenden/Hunderten von Peers, wobei jede Verbindung Hochgeschwindigkeits-Downloads und -Uploads beinhaltet.)
Und es ist nicht nur mein Computer in meinem privaten Netzwerk. Ich habe ein Smartphone, Tablet, Smart-TV und eine Handvoll anderer Geräte für den Rest der Leute, die sich meinen Wohnraum teilen. Sie alle benötigen auch Netzwerkadressübersetzungen!
Letztendlich sprechen wir von Tausenden und Abertausenden von Datenpaketen pro Sekunde, die alle von einer schwachen CPU übersetzt werden, die nicht mithalten kann. Dies ist ein Grund, warum billige Router sind anfällig für Verlangsamung .
Gibt es etwas, was Sie tun können?
Bei einmaligen Schluckauf kann ein Router-Neustart ausreichen, um die NAT-Tabelle zu löschen und bei Null zu beginnen. Wenn es regelmäßig vorkommt, ist es möglicherweise nicht der RAM, sondern die CPU, die Probleme verursacht.
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In diesem Fall ist es an der Zeit, Ihren Router zu aktualisieren. Für ein Top-End-Modell müssen Sie keinen Haufen Geld ausgeben. Halten Sie sich jedoch von den Budgetoptionen fern. Diese sind besser für leichte Heimanwender geeignet. Sie sind sich immer noch nicht sicher, was Sie bekommen sollen? Kasse unsere empfohlenen WLAN-Router .
Unabhängig davon, ob Sie ein Upgrade durchführen oder nicht, stellen Sie sicher, dass Sichern Sie Ihr Heimnetzwerk . Es erfordert nicht viel Aufwand, aber die Vorteile sind enorm.
Nachdem Sie nun wissen, was eine NAT-Tabelle ist und wie sie funktioniert, haben Sie noch Fragen? Haben Sie weitere Tipps zum Hinzufügen? Lass es uns unten in den Kommentaren wissen!
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Joel Lee ist seit 2018 Chefredakteur von MakeUseOf. Er hat einen B.S. in Informatik und über neun Jahre professionelle Schreib- und Redaktionserfahrung.
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