我了解到，在本地网络中，在该网络内进行通信的计算机不仅需要 IP 地址，还需要 MAC 地址。
这是计算机网络早期的遗留问题吗？
因为当我有 IP 地址时，我便有了想要与之通信的主机的“地址”（或身份）。无需获取目标主机的 MAC 地址。与公网中的计算机通信时也不需要 MAC 地址 - 此处您也只需要 IP 地址。
看起来 MAC 地址用于在 LAN 中的交换机内进行 IP-MAC 映射，但这似乎是多余的，因为交换机应该已经知道哪个端口通向具有给定 IP 地址的哪个主机。交换机知道所连接主机的 IP 地址，它知道从哪个端口将数据发送到具有正确 IP 地址的正确主机。
我也知道 MAC 地址标识主机中的物理硬件设备。当主机具有多种的硬件网络设备？打个比方，IP 地址是包裹投递到的邮政地址，而 MAC 地址则标识要采取的入口（如主入口、后入口、烟囱）？这就是 MAC 地址的原因吗？但如果是这样，那仍然不重要。数据通过哪个硬件设备传送并不重要，只要数据被传送到正确的地址（IP 地址）即可……
我读了MAC 地址的具体用途是什么？但不认为它提供了令人满意的答案。
答案1
网络并不像看上去那么简单。我们谈论的是一层层蛋糕，表面之下有很多事情发生。重要的是要了解通信有两个层次：物理和逻辑。
一切网络化的定义是IEEE 802 标准。以太网受 802.3 管辖，WiFi 受 802.11 管辖。
第一层是身体的，OSI 模型第 1 层。这里只有电、电磁辐射和光；实际的物理电缆、天线和接口。这一层上的所有东西都是哑的，设备之间完全没有相互意识。
最重要的是身体数据链路层，OSI 模型第 2 层。在这里，1 和 0 被转换为信号的调制，反之亦然。这是设备相互了解并能够进行通信的最低要求。因为多个接口可以连接到单个 L2网段， 每个界面必须有唯一的L2标识符，即硬件地址-MAC地址。
这协议数据单元这一层称为框架，其结构为：
+--------------+-----------------+---------+------------+
| SenderL2Addr | RecipientL2Addr | Payload | ErrorCheck |
+--------------+-----------------+---------+------------+
L2 帧只能在同一个子网和广播域. 同一子网/广播域中的设备使用 L2 寻址进行通信。
接下来是网络层，OSI 模型第 3 层。此层处理网络之间的传输。为了允许此层上的通信，每个设备必须有一个唯一的 L3 标识符 - IP 地址。
这一层的协议不需要也不需要了解物理介质，它们也不关心物理传输；这是 L2 的工作。这一层的 PDU 称为数据包，其结构如下：
+--------------+-----------------+---------+------------+
| SenderL3Addr | RecipientL3Addr | Payload | ErrorCheck |
+--------------+-----------------+---------+------------+
在传输过程中，L3 数据包被封装在 L2 帧中，它是有效载荷。因此，当数据传输到线路时，帧实际上看起来像这样：
+-----------+-----------+-----------+-----------+---------+--------+
| SndL2Addr | RcpL2Addr | SndL3Addr | RcpL3Addr | Payload | ErrChk |
+-----------+-----------+-----------+-----------+---------+--------+
由于 IP 是 L3 协议，因此它无法在物理层面处理实际数据转发。因此，如果没有 L2 协议，数据根本无法在系统之间移动。
当然，理论上可以将 L2 及其寻址从图中完全移除。但是 - 正如已经说过的 - 这意味着我们不再谈论 802.3 和 .11。需要制定新标准，所有协议都需要从头开始重写，需要设计新芯片组，改变制造工艺来生产它们，需要设计新设备，采用新制造工艺来生产它们...
除某些企业级网络设备外，L3 由软件处理，而 L2 由硬件处理；即芯片。这意味着您的手机无法使用 WiFi 进行通信，因为其 WiFi 硬件是根据 802.11 标准设计的。
实现转变的唯一现实方式是通过自然设备退役周期。这是一个漫长的过程。
以这种方式重新设计网络的想法比采用 IPv6 的要求高出许多倍。IPv6 于 1995 年推出，但大约十年前才开始流行。全球采用 IPv6 的难度约40％。因此，尽管我可以想象 MAC 寻址被废弃的未来（虽然我真的不明白为什么），但这确实是非常遥远的未来。
答案2
更多背景信息：我了解到 MAC 地址用于 LAN 交换机中，以将交换机的端口映射到某个 MAC 地址。但为什么不将交换机的端口映射到某个 IP 地址呢？这应该与将数据包从源路由到目标主机的方式完全相同...
确实如此，但您的交换机将仅限于 IPv4/IPv6（如果交换机较旧，则甚至仅限于 IPv4）。它实际上将变成 IP 路由器。
但实际上存在各种其他通过以太网运行的东西，但是不是IP，例如几种“专业音频”协议——过去，甚至更多。
（例如，IPv4 LAN 可以与基于 NetWare IPX 的 LAN、和/或 Xerox XNS LAN、和/或 DECnet LAN、和/或 OSI CLNP LAN 共存……全部位于同一以太网上。）
当 Xerox 最初发明以太网时，它确实在以太网层和网络（Xerox Pup）层使用了相同的寻址。根据他们自己的文章，这被证明太不灵活了。
答案3
MAC 地址（尽管它可以被伪造）是唯一寻址设备或网络接口的方法。IP 地址（我假设您指的是 IPv4）不是唯一的，可以随机分配给其他接口，并且需要与设备所连接的网络保持一致。设备可以有多个 IP 地址，并且拥有动态 IPv4 地址（如 DHCP）非常有用。如果没有 MAC 地址或非常类似的地址，DHCP 就无法工作。
还有一个重要的事实：IP（v4）不是唯一的网络协议。
答案4
不，MAC 并非初级概念。由于以太网和 WiFi 具有多路访问功能，因此 MAC 正是其必要条件，用于区分同一链路后面的对等体。MAC 并非总是必需的；想象一下 IP 通过 PPP 运行的串行链路，没有 MAC 地址，因为链路另一端只有一个对等体，因此无需区分它们。
想想物理城市。有邮政地址（如“100 East Davie Street Raleigh, NC 27601. 美国”），也有地铁站路线，如乘坐 1 号线或 A 号线或“红色”线，然后前往“车站”。而且你不能使用汽车或公共汽车，你必须使用地铁在城市中旅行。
第一个（邮政）就像 IP 地址。第二个（车站名称）就像 MAC 地址。继续这个例子，如果只有一条铁路线，并且没有中间站点，那么甚至不需要车站名称，您总是会前往“另一端”；这就是 PPP 的工作方式。