Im Rahmen der Verwendung von Voice over IP ist auch auf NAT (Network Adress Translation) einzugehen. Bei NAT handelt es sich um einen Umwandler oder Übersetzer, der zugleich auch Firewall-Funktionen übernehmen kann. NAT übersetzt die privaten IP-Adressen zur Nutzung über die Grenzen des lokalen Netzwerkes (LAN) hinaus in öffentliche, registrierte IP-Adressen zur Verwendung im Internet. Würde dies nicht geschehen, würden die IP-Adressen ignoriert und verworfen. Sie wären damit nicht routbar im Internet.
Unterschieden wird zwischen dem Basic NAT und NAPT (Network Adress Port Translation). Beim Basic NAT befindet sich der NAT-Router an der Grenze des lokalen zum öffentlichen Netzwerks. Aus einem Pool öffentlicher Adressen vergibt der NAT-Router die Adressen dann an die Hosts (Rechner) des lokalen Netzes. Der öffentliche Adressenpool ist begrenzt auf 253 öffentliche Adressen. Wenn mehr öffentliche Adressen als lokale Rechner im Netzwerk zur Verfügung stehen, können alle lokalen Rechner extern kommunizieren. Gibt es allerdings mehr lokale Rechner als öffentliche Adressen, so wird die externe Kommunikation automatisch auf den vorhandenen Adressenpool beschränkt. NAPT basiert auf einem etwas anderen Konzept. NAPT ordnet einer oder mehrerer privater IP-Adressen jeweils eine öffentliche Adresse zu. Dadurch ist es möglich, mit nur einer öffentlichen Adresse mehrere Endgeräte zu nutzen.
Voraussetzung für NAT ist, das der gesamte externe IP-Verkehr über einen zentralen NAT-Router abgewickelt wird. Stehen zwei Router am Übergang zum öffentlichen Netzwerk, so müssen diese in der Lage sein, die gleiche NAT-Tabelle zu verwenden. Mit NAT-Routern sind nur TCP, UDP oder ICMP-Sessions möglich. NAT arbeitet bei der Übersetzung von IP-Adressen auf der ISO/OSI-Ebene 3. Dabei funktioniert NAT transparent, d. h. der Payload wird nicht verändert. VoIP hingegen arbeitet sowohl auf Anwendungs- als auch auf Netzwerkebene. Dadurch werden IP-Adressen im Payload auf höhere Schichten transportiert. Aufgrund dessen kommt es zu Problemen beim Zusammenspiel zwischen NAT und VoIP wegen der Übermittlung der IP-Adressen auf der Anwendungsebene. Abhilfe verspricht STUN (RFC 3489, Simple Traversal of UPD through NAT). Dadurch ist es VoIP-Telefonen möglich hinter einem NAT-Router die Netzwerkkonfiguration zu ermitteln. Dann kann VoIP die öffentliche Adresse verwenden und die Übertragung ist möglich. Daneben gibt es noch Universal Plug & Play (UPnP). UPnP ermöglicht ebenfalls eine Abfrage durch VoIP, welche öffentliche Adresse zur Verwendung genutzt werden kann.
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