Реальная необходимоть двух зон DMZ (теория)?
Я бы сказал, что может не просто быть 2 DMZ и больше, а вообще понятие DMZ постепенно начинает устаревать. В современной практике МСЭ, фильтры все чаще настраиваются индивидуально для каждого сервера в виде централизвоанно администрируемой политики, а для пользовательских хостов вообще используются виртуальные соединения точка-точка с авторизацией, шифрованием и политиками доступа + используются средства фильтрации на уровне системы. Т.е. фактически каждый хост с точки зрения экранирования можно рассматривать как отдельную зону. Причем фильтрация внутри хоста может быть не только по сетевым адресам и портам, а еще и по приложениям и пользователям, т.е. граница зоны безопасности с точки зрения экранирования может быть даже не на уровне хоста, а на уровне отдельного приложения или пользователя.
В вашем последнем рисунке по сути не 2 ДМЗ и ЛВС, а 3 сегмента ЛВС, ходящие через 2 фаервола, возможно с разными правами доступа к Интернет.
ДМЗ - правильно изображена на первом рисунке.
ДМЗ актуально для атак из вне. Если вам надо ограничить доступ к определенным сервера внутри ЛВС, то никто вам не мешает выделить их в отдельную сеть и защитить своим фаерволом. Но это уже не ДМЗ, а просто закрытый сегмент внутренней сети. Внутри своей сети можете городить какой угодно огород. Хотите разделяйте сети, хотите нет, хотите защищайте фаерволом и т.п. Главное не забывайте прописывать маршруты.