Возможно-ли коммутировать 1 виртуальную сеть из нескольких портов маршутизатора?
В вопросе уже есть ответ - виртуальная сеть - VLAN, вот и используйте этот стандарт - 802.1Q.
На маршрутизаторе можно объединить порты в bridge. Но вообще это совсем не правильный дизайн. Бридж как правило делается центральным процессором маршрутизатора и он умрет от нескольких десятков Mbit трафика. Лучше объединить коммутаторы между собой напрямую в один широковещательный домен.