O roteador deve rotear de volta para a interface correta.
Apenas uma questão teórica (por curiosidade). Se um host enviou um pacote para seu gateway padrão e o pacote tiver um endereço de destino dentro do intervalo de IP da sub-rede, o que o gateway deve fazer nesse caso? Existe uma regra para isso em qualquer RFC?
O roteador deve rotear de volta para a interface correta.
O gateway deve ter o mesmo tipo de regras que um host tem para determinar um destino de pacote. Portanto, geralmente um host não enviará um pacote para o gateway se ele estiver na mesma sub-rede. O termo 'gateway' implica 'acesso ao exterior'. Você não precisa passar por isso se puder enviar diretamente para o alvo. Portanto, mesmo que o seu host tenha regras e envie esse pacote para o gateway, o gateway terá as regras corretas que dizem "qualquer pacote com um destino na sub-rede para essa interface irá para essa interface". Neste caso, simplesmente o encaminha, desde que tenha sido configurado corretamente.
Os pacotes chegam aos roteadores dos hosts que não têm ideia do que é o endereço IP do roteador o tempo todo. Eles não necessariamente sabem que há um caminho mais curto porque eles não necessariamente sabem que o roteador e o destino residem em uma sub-rede comum. Esta é uma das razões pelas quais temos mensagens de redirecionamento do ICMP .
Como apenas uma maneira de isso acontecer, considere se um host está temporariamente acessível por meio de uma VPN. O roteador tem que fazer proxy ARP para o host para obter os pacotes para o roteador. Se o host logo se conectar diretamente à rede (ou através de uma VPN para um host diferente), o pacote pode chegar ao roteador e o roteador terá que colocá-lo de volta na LAN para chegar ao seu destino.
Outra maneira comum é se dois intervalos IP diferentes compartilharem a mesma rede física. Um roteador pode ter dois endereços IP diferentes, em cada intervalo. E um host só pode conhecer o roteador por um dos seus endereços IP. Se enviar um pacote vinculado a um destino diferente do roteador no outro intervalo de IPs, isso acontecerá.