Вопрос по NAT

RFC 1631, RFC 2663, etc.

В идентификации сессии участвую две пары параметров:

SourceIP:SourcePort + DestinationIP:DestinationPort

так что у клиентов будут, как минимум, разные SourceIP

Я думаю товарища интересует как механизм NAT различает куда натить ответный пакет от удалённого сервера, если клиенты шлют пакеты на одинаковый хост:порт и с одинакового порта.

На роутере, который НАТит, происходит подмена src-port. То есть с точки зрения интернет-хоста запросы от двоих клиентов (но одинаковыми портами) придут так, как будто они были отправлены с одного хоста, но с разных портов. Соответственно, сервер отвечает на тот же порт. откуда пришёл запрос. Роутер же имеет таблицу соответствия NAT-трансляции "свой порт = ip+порт клиента", согласно которой пакеты потом разНАТчиваются.
P.S. Эта общая картинка даёт приблизительное представление. По более детальному пониманию механизма НАТирования обратитесь к RFC(номера уже привели).