有了 IP 地址，为什么还要用 MAC 地址

为什么要这样设计？交换机为什么不可以处理ip？为什么要分层？
因为交换机只能处理mac地址，不能处理ip地址。交换机工作在二层，只认识MAC地址。
交换机处理mac，路由器处理ip

简单地说两句：
二层是这样工作的：每个接入设备口分配一个地址，一般的星形结构的网络，每台设备发出的数据所有其他设备都能收到，然后根据目标地址看是否是发给自己的。这个地址是谓MAC地址，因为身在最底层，没有设置分配机制或者自动获取机制，每台设备制作的时候固定写在里面，并且确保全球不重复，这样就不会有冲突。

当然后来也就有了交换机，也就是带有存储转发功能的集线器，可以把包存一下，看一看目标地址，然后选择某一条线路发出去。怎么知道哪条线路是哪个MAC？学咯，每条线路发来的包看一下来源地址，然后记到表里面。

二层还要解决多个设备同时发送冲突的问题，要检测，要处理，要重发等等。

三层是这样工作的：每个设备有一个IP地址，也要保证唯一。这个IP地址可以手工分配，也可以通过DHCP获取。手工分配的时候需要注意保证唯一。局域网内想联系一个IP地址，先要知道对应的MAC地址，这时候走二层的ARP全网问一下就可以了。反过来，自己作为新设备想要一个IP地址，要么RARP要一个，要么走基于UDP的DHCP要一个，当然都只限于局域网内。

有了这些底层的东东，每台设备都有了自己的IP地址，这样就可以互相通信。三层的关键在于，有了路由器，路由器用于将不同的网段连接在一起，并对两个网段间的通信进行存储转发。比如A网络10.0.0.0/24，B网络10.0.1.0/24，中间有一路由器隔着，两边的网关都是.1。10.0.0.2要发信给10.0.1.2，那么先看子网掩码，发现不在自己网络内，然后交给10.0.0.1，路由器看到在网络B内，从10.0.1.1发出，然后到达10.0.1.2。

假如这俩网络没有路由器，直接走二层，那么多电脑连在一起，广播包就会占掉大量的网络带宽。

路由器，顾名思义就是要找路用的。比如B网络还用一个路由器连接着C网络10.0.2.0/24，那么A网络一台机器要发包给C网络的一台机器，路由器怎么知道怎么走法呢，于是需要路由协议，路由器之间要说说话，了解一下对方的状态。

再往大了去，就是互联网了。中国的一台电脑要连接美国微软，那么发出的包先到宽带运营商，然后到北京出口，然后觉得现在走欧洲到美国慢，于是转到上海，走海底光缆到了美国，再走旧金山，到西雅图，再到雷德蒙。如果只有MAC地址，是无法支撑起这么大的网络的，你觉得直接访问到MAC地址就行了，问题是你让路由器怎么给你找到路线呢？

所以，对于原题「都只是描述IP是什么，MAC是什么。当数据包到达局域网后，完全可以直接送到对应的IP地址主机，为什么还要询问一下对应IP主机的MAC地址？」
你缺乏网络知识，搞不清NAT的含义，只以为公网就是用IP的，局域网就是用MAC地址的。

如果你本身用的公网IP，那么全部走IP访问即可。如果是局域网多台电脑共用公网出口，那么首先要做的是NAT转换，这个是要在4层TCP和UDP上做的。只在二层无法完成。

你说的东西更像IPv6，这样不需要再做NAT，所有内网设备都可以分配一个IPv6地址。