sef4 

同じセグメントに異なるネットワークを混在させたらどうなりますか?
例えば、どちらも同じL2SWに接続する場合です。
それぞれ、通信は可能です。特に問題もなく使えます。でも、ネットワークセグメントが違うもの同士は通信ができません。
ネットワークスペシャリスト_異なるネットワーク

最近のルータというか、かなり前からですが、セカンダリIPアドレスを設定できます。
1つのIFに2つのIPを設定できるのです。さらにルーティングもしてくれます。
なので、上記の構成でL2SWの上にルータを設置し、ルータにてセカンダリIPアドレスを設定すると、上記のネットワークが利用できます。以下は、CiscoルータでのセカンダリIPアドレスの設定例です。
interface FastEthernet0/0
 ip address 172.16.1.254 255.255.255.0 secondary ←セカンダリIPアドレス
 ip address 192.168.1.254 255.255.255.0 ←通常のIPアドレス
 duplex auto
 speed auto