我可以在每个段分配这样的网络而不重叠吗？

是的，你必须。但你做的恰恰相反。

据我了解，每个网络都有一系列可用的 IP，并且这些范围相互重叠。

IP 子网不能重叠。每个主机都必须有一个唯一的 IP 地址，就像每部电话都有一个唯一的电话号码一样。

假设您的路由器必须转发地址为 10.0.0.2 的数据包。您的路由器将使用哪个接口？该地址可以在任何接口上。

首先，您在同一路由器上具有相同 IP 的三个接口。这通常是不可能的。（忽略 VRF）

从路由的角度来看，是的，子网总是重叠的。这就是分层路由的工作原理。但是从实际（分配给接口）的角度来看，永远不应该重叠网络。但是，可以这样做；因为这是代理 arp 的领域，所以没有人愿意这样做。（大多数现代商业路由器 [cisco、juniper 等] 不能再像这样设置了。）