在现代计算机网络中，MAC地址和IP地址是两种关键的标识符，它们共同确保了网络通信的顺畅与可靠。要理解为什么我们需要同时拥有MAC地址和IP地址，就必须深入探讨它们的定义、作用以及相互之间的关系。 

MAC地址（Media Access Control Address）：这是一个硬件级别的唯一标识符，由48位组成，通常表现为6组2位十六进制数，例如00:0a:95:9d:68:1c。每个网络接口卡（NIC）在制造时都会被分配一个全球唯一的MAC地址。这个地址用于识别局域网（Local Area Network, LAN）内部的设备，并确保数据帧可以准确地发送到正确的接收者。 

IP地址（Internet Protocol Address）：这是网络层的逻辑地址，也由32位组成，通常以4组十进制数表示，例如192.168.1.1。IP地址的主要功能是在整个互联网或广域网（Wide Area Network, WAN）中标识设备，使得数据能够跨越多个网络进行传输。

现在，我们来探讨为何需要这两种地址：

1. 分层寻址需求

计算机网络是建立在分层模型之上的，这允许复杂的系统通过简化为更易于管理和理解的部分来进行设计。在这个分层模型中，物理层负责处理电气信号和物理连接，而网络层则负责逻辑寻址和路由。MAC地址作为物理层的标识符，而IP地址则是网络层的一部分。

2. 通信范围的区别

MAC地址是在制造时分配给网络设备的，它永远不会改变（除非有手动更改的情况）。它只保证在同一个局域网内的独一无二。当数据在局域网内传输时，交换机使用MAC地址表来确定目标端口，从而将数据帧转发到正确的接收者。然而，一旦数据需要离开本地网络，MAC地址就无法提供足够的信息来完成这项任务。

相反，IP地址是用来在整个网络中标识设备的。无论设备位于互联网上的哪个位置，其IP地址都是唯一的。这使得路由器能够根据IP地址将数据包正确地从一个网络传输到另一个网络，最终到达目的地。

3. 协议层面的交互

在网络通信中，不同的协议层次之间需要进行交互。传输层和应用层通常只关心IP地址，因为它们涉及到的是端到端的通信。但是，当数据到达链路层时，就需要用到MAC地址，因为这是物理设备之间进行直接通信的方式。因此，MAC地址和IP地址在网络堆栈的不同层次中发挥作用，它们之间的转换通过ARP（Address Resolution Protocol）这样的协议来实现。

4. 网络设备的分工

在一个典型的网络环境中，交换机利用MAC地址来管理流量和建立交换表，而路由器则使用IP地址来决定如何将数据包从一个网络传输到另一个网络。这种分工反映了网络设备在网络架构中的不同职责。

总结来说，MAC地址和IP地址的存在是为了解决不同层面上的标识和寻址问题。MAC地址保证了局域网内设备的正确识别和通信，而IP地址则允许整个互联网上的设备进行互相通信。两者都是网络通信不可或缺的组成部分，它们的结合使用使得我们的网络能够扩展至全球范围，同时又能在本地范围内高效地进行数据交换。