Seu roteador D-Link está realmente funcionando como um switch ou bridge, enquanto o roteador real para sua LAN seria sua caixa do Windows. Apenas definir uma rota padrão não será suficiente, porque uma rota padrão só se aplica a pacotes do próprio host. Não faz pacotes de rota de host de uma interface para outra.
Se você quiser manter sua configuração como está (o que me parece um pouco abaixo do ideal), é necessário ativar o roteamento na caixa do Windows. Microsoft chama isso Internet Connection Sharing
. Consulte este artigo sobre como configurá-lo. Não importa se você quer isso ou não, sua configuração não pode funcionar como deveria, a menos que você faça isso.