Como você descobriu, do ponto de vista do roteamento, enquanto possível, não é ideal ter endereços da mesma rede em diferentes interfaces.
O roteamento espera uma rede diferente por interface e, em última análise, um deles terá precedência sobre o outro no roteamento, uma vez que eles se sobrepõem.
A solução recomendada para ter mais de uma interface conectada à mesma rede é agregá-los juntos em uma interface de ponte.
A interface de ponte "possui" o endereço IP, e as interfaces reais reais são agrupadas como uma entidade virtual única sob br0
.
allow-hotplug eth0
iface eth0 inet manual
allow-hotplug wlan0
iface wlan0 inet manual
auto br0
iface br0 inet dhcp
bridge_ports eth0 wlan0
Debian Linux: Configurar interfaces de rede como ponte / switch de rede