Eu experimentei isso em 12.4T no início deste ano. A versão curta é que o IOS não faz round-robin através do pool NAT. Quando você usa a sobrecarga de NAT (essencialmente, PAT), o IOS só passa para o próximo endereço no pool se a combinação de IP / porta solicitada não estiver disponível. Isso tem o efeito de fazer com que a maioria do tráfego obtenha NAT para o primeiro endereço no pool, o próximo para o segundo endereço e assim por diante. Isso é abordado no FAQ do NAT da Cisco.
A única plataforma da Cisco que eu conheço que pode executar a verdadeira alocação IP de round-robin de um pool NAT é o ASA rodando 8.4 (3) ou posterior. Nós testamos e parece funcionar como anunciado.