домен и поддомен на разных ип

Легко. Ты никогда не сталкивался с доменами? Это совершенно нормальная ситуация.

а почему это невозможно?

Разные A-записи для основного домена и субдоменов вполне допустимы.

да. строго говоря это разные домены. domain.com - домен второго уровня. test.domain.com - домен третьего уровня. test.test.domain.com - домен четвертого и тд.

com - домен первого уровня и тоже имеет айпи( может иметь, может и не иметь)

А почему нет ?

Владелец доменного имени имеет право назначать своим именам любые адреса. Так имея «географический» домен можно распологать его на любом хосте в инете. Так поднасрали РКН с его черными списками.

Хуже того, для запросов с из разных сетей можно выдавать разные ответы. Это используется в CDN.

как такое возможно?

By default. man A, man CNAME.