Como o NAT Compartilha um IP Público

A internet usa endereços IPv4, dos quais existem apenas cerca de 4,3 bilhões — muito menos do que o número de devices conectados atualmente. Comprar um endereço público para cada telefone, laptop e dispositivo é impossível.

O NAT (Tradução de Endereços de Rede) é a solução engenhosa: ele permite que muitos devices em uma rede privada compartilhem um único endereço IP público para acessar a internet, preservando a oferta limitada.

As redes usam intervalos de IP privados (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16) internamente. Esses endereços não são roteáveis na internet pública, portanto não podem ser usados diretamente on-line.

Um endereço IP público é globalmente exclusivo e roteável pela internet. O NAT conecta os dois mundos, traduzindo entre os endereços privados internos e o endereço público que a internet vê.

O NAT normalmente é executado no roteador ou firewall na borda de uma rede, o limite entre a LAN privada e a internet pública. Seu roteador doméstico está executando NAT neste momento.

Esse device de borda mantém o único endereço público (atribuído pelo seu ISP) em sua interface externa e a rede privada em sua interface interna, realizando a tradução para cada device atrás dele.

Quando um device interno envia um pacote para a internet, o NAT reescreve o endereço de origem, trocando o IP privado pelo IP público do roteador. Para o servidor de destino, o tráfego parece vir do endereço público.

Quando a resposta retorna, o NAT reescreve o destino para o endereço privado correto e a entrega ao device interno adequado, tudo de forma transparente.

O NAT mantém uma tabela de tradução que associa cada conversa interna a uma conversa externa, para que as respostas possam ser direcionadas de volta ao dispositivo correto. Sem ela, o roteador não saberia a qual host interno pertence um pacote que retorna.

Cada entrada registra o endereço interno, o endereço externo e detalhes de identificação, permitindo que dezenas de conexões simultâneas compartilhem um único IP público sem confusão.

Existem alguns tipos de NAT:

• NAT estático: um mapeamento fixo, de um para um, entre um endereço privado e um endereço público.
• NAT dinâmico: os endereços privados são associados a um conjunto de endereços públicos conforme necessário.
• PAT (tradução de endereços de portas): vários dispositivos compartilham um único IP público usando números de porta; é a forma mais comum em residências.

O NAT foi criado para economizar endereços, mas oferece um benefício adicional de segurança. Como os dispositivos internos têm endereços privados e não roteáveis, ocultos atrás de um único IP público, a internet não pode iniciar diretamente uma conexão com eles.

Isso não é um firewall de verdade e não deve ser tratado como tal, mas o NAT naturalmente oculta a rede interna e bloqueia, por padrão, o tráfego de entrada não solicitado.

O NAT tornou-se essencial porque os endereços IPv4 são escassos. O IPv6, com seu enorme espaço de endereçamento, fornece a cada dispositivo um endereço global exclusivo, portanto o NAT tradicional é, em grande parte, desnecessário nesse protocolo.

Ainda assim, o NAT continua presente em toda parte porque o IPv4 está longe de desaparecer. Entendê-lo é fundamental, mesmo enquanto o mundo migra lentamente para o abundante endereçamento do IPv6.

Imagine uma residência com vários dispositivos, cada um com um endereço privado, como 192.168.1.10 e 192.168.1.11. O roteador possui um endereço público fornecido pelo ISP, por exemplo, 203.0.113.5.

Quando qualquer dispositivo navega na web, o roteador reescreve o endereço de origem privado como 203.0.113.5 antes de enviar o pacote. Todos os dispositivos compartilham essa única identidade pública on-line, mas a tabela de tradução do roteador garante que cada resposta encontre o dispositivo correto.

O NAT não está livre de problemas. Ele pode interromper protocolos que inserem endereços IP nos próprios dados ou que precisam de conexões de entrada, como alguns aplicativos de voz (VoIP) e ponto a ponto.

As soluções alternativas incluem o encaminhamento de portas, gateways da camada de aplicação e protocolos projetados para atravessar o NAT. Essas complicações são o preço pago para estender tanto o limitado espaço de endereços IPv4.

O NAT permite que vários dispositivos privados compartilhem um único IP público, economizando os escassos endereços IPv4. Ele é executado no roteador ou firewall de borda, reescrevendo os endereços de origem e destino e acompanhando as conversas em uma tabela de tradução. Ele pode ser estático, dinâmico ou usar PAT, acrescenta um efeito colateral de segurança e é, em grande parte, desnecessário no IPv6.

Teste seus conhecimentos básicos sobre NAT.

O NAT traduz endereços internos privados para um IP público compartilhado, economizando o escasso espaço do IPv4. Ele é executado no roteador/firewall de borda, reescrevendo endereços e acompanhando os fluxos em uma tabela de tradução, nas formas estática, dinâmica ou PAT. Ele também oculta os hosts internos do tráfego de entrada não solicitado e é, em grande parte, desnecessário no IPv6.