Perché gli switch LAN hanno bisogno di indirizzi IP per le connessioni?

Non è chiaro a quali connessioni si riferisce la tua domanda.

Per le connessioni allo switch stesso, per la gestione del dispositivo, è necessario un IP per terminare l'estremità della connessione allo switch.

Per le connessioni attraverso lo switch gli IP sono semanticamente richiesti perché una "connessione" è tecnicamente definita solo per i livelli superiori all'IP nella pila OSI come una conversazione statica definita dalle sue tuple IP:Port endpoint. Ma, a meno che qualcuno che te l'ha chiesto non sia un pedante, è improbabile che questo sia ciò che intendevi.

Più in generale gli indirizzi IP in realtà non sono necessari per il traffico che transita su uno switch. Gli "switch" esistono a diversi livelli OSI. Per esempio ai livelli 4-7 si hanno "content switches" conosciuti anche come "load-balancers" e "application directors" che si basano su informazioni all'interno del payload IP per prendere decisioni di routing. Al livello 3 ci sono i router IP che sono anche conosciuti come "switch di livello 3". Chiaramente questi due gruppi di switch richiedono informazioni IP per svolgere le loro funzioni. Al livello 2, però, abbiamo quelli che storicamente erano conosciuti semplicemente come "switch" che instradano il traffico attraverso le loro porte in base agli indirizzi del livello di accesso ai media. Questo può essere fatto usando solo gli indirizzi MAC.

Ma ...

Se non volete inondare tutte le vostre porte switch per certi tipi di traffico, dovete prendere in considerazione gli indirizzi IP. Un esempio è il multicast IP. Gli switch mantengono tabelle MAC che mappano gli indirizzi MAC dei dispositivi collegati alle loro porte. I dispositivi connessi cercano l'indirizzo MAC dell'hop successivo per un dato IP cercando prima qualsiasi IP dell'hop successivo nelle loro tabelle di routing e poi facendo un ARP per quell'IP sull'interfaccia specificata nel percorso. I dispositivi sul segmento locale che accettano il traffico per l'IP desiderato rispondono con il loro MAC che viene poi usato per riempire l'indirizzo di destinazione nell'intestazione MAC. Gli switch quindi inoltrano i pacchetti alle porte in base ai loro MAC di destinazione.

Ma con IP multicast le intestazioni MAC contengono uno speciale indirizzo MAC di destinazione "multicast" riservato. Gli switch devono sapere a quali porte inoltrare i pacchetti in base all'IP multicast o trasmettere i pacchetti su tutte le porte (flood). Gli switch possono fare meglio del semplice flooding. Facendo lo snooping sul traffico IGMP che attraversa lo switch possono mantenere una tabella di mappatura degli indirizzi IP multicast alle porte dello switch che si connettono agli host (direttamente o indirettamente tramite i router next hop) nel gruppo multicast.

Gli switch del livello 2 non "hanno bisogno" degli indirizzi IP per funzionare, ma sfruttando queste informazioni possono usare in modo più efficiente le risorse di rete.