Все что надо для NAT-в-один-адрес это запоминть первый пакет и запустить таймер
И тем не менее, есть ощущение, что на заре развития интернета, ресурсы железячек ещё были сильно ограничены, и сохранять инфу для каждого пакета выглядит очень расточительно