Proces przeciążania NAT jest taki sam, bez względu na to czy wykorzystywana jest pula adresów czy pojedynczy adres. Kontynuując poprzedni przykład dla PAT z użyciem pojedynczego adresu IPv4, PC1 chce się skomunikować z serwerem WWW, Svr1. W tym samym czasie inny klient, PC2, chce zestawić podobne połączenie z serwerem WWW Svr2. Zarówno PC1 jak i PC2 posiadają adresy prywatne IPv4, R2 natomiast obsługuje PAT.
Proces komunikacji PC z serwerem
1. Rys. 1 przedstawia PC1 i PC2 wysyłające pakiety, odpowiednio do Srv1 i Srv2. PC1 posiada adres źródłowy IPv4 192.168.10.10 i używa portu źródłowego TCP 1444. PC2 posiada adres źródłowy IPv4 192.168.10.11 i używa tego samego portu źródłowego TCP 1444.
2. Pakiet od PC1 dociera do R2 pierwszy. Używając PAT, R2 modyfikuje źródłowy adres IPv4 na 209.165.200.225 (wewnętrzny adres globalny). Ponieważ żadne inne urządzenie w tabeli NAT nie używa portu 1444, PAT podtrzymuje ten numer. Pakiet jest następnie przekierowywany do Svr1 na adres 209.165.201.1.
3. Następnie, do routera R2 dociera pakiet od PC2. PAT jest skonfigurowany tak, aby używać jednego wewnętrznego adresu globalnego IPv4, 209.165.200.225, dla wszystkich translacji. Podobnie jak w procesie translacji dla PC1, PAT zmienia adres źródłowy IPv4 PC2 na wewnętrzny adres globalny 209.165.200.225. PC2 posiada jednak ten sam numer portu źródłowego, co istniejący już wpis PAT stworzony dla translacji PC1. PAT zwiększa wartość numer portu źródłowego o jeden aż osiągnie on wartość unikatową w tabeli. W tym przypadku, pakiet od PC2 otrzymuje w tabeli NAT numer portu źródłowego 1455.
Pomimo że PC1 i PC2 posiadają ten sam odwzorowany wewnętrzny adres globalny, 209.165.200.225, a także ten sam numer portu źródłowego, 1444, zmodyfikowany numer portu źródłowego dla PC2 (1445) czyni oba wpisy w tablicy NAT unikatowymi. Okaże się to oczywiste śledząc pakiety od serwera z powrotem do klientów.
Proces transmisji od serwera do PC
4. Jak pokazano na rys. 2, w typowej wymianie klient-serwer, Svr1 i Svr2 odpowiadają na zapytania otrzymane, odpowiednio od PC1 i PC2. Serwery używają portów źródłowych z otrzymanych pakietów jako portów docelowych zaś adresu źródłowego jako adresu docelowego w transmisji powrotnej. Dla serwerów, komunikacja ta wydaje się odbywać z tym samym hostem o adresie 209.165.200.225, co jak wiadomo nie jest prawdą.
5. Po odebraniu pakietów, R2 lokalizuje unikatowy wpis w swojej tablicy NAT na podstawie docelowego adresu i portu, zawartych w każdym pakiecie. W przypadku pakietu od Svr1, docelowy adres IPv4 209.165.200.225 ma kilka wpisów, lecz tylko jeden z portem docelowym 1444. Wykorzystując ten wpis w swojej tabeli, R2 zmienia docelowy adres IPv4 192.168.10.10, pozostawiając port docelowy bez zmian. Pakiet jest następnie przekierowywany w stronę PC1.
6. Po nadejściu pakietu od Svr2, R2 wykonuje podobną translację. Ponownie, zlokalizowanych zostaje kilka wpisów odpowiadających docelowemu adresowi IPv4 209.165.200.225. Jednak docelowy port 1445 jednoznacznie wskazuje R2 na tylko jeden z nich. Docelowy adres IPv4 zmieniany jest na 192.168.10.11. W tym przypadku, docelowy port musi także zostać zmodyfikowany do wartości początkowej 1444, przechowywanej w tabeli NAT. Pakiet jest następnie przekierowywany do PC2.