Você pode ativar o encaminhamento de IP com
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forwarding
Mas isso é apenas a metade da verdade. Não usar NAT significa que todos os hosts precisam saber qual roteador (gateway) está atendendo a qual rede. Como exemplo, uma máquina em 192.168.10.0/24, digamos 192.168.10.25, deseja se conectar a uma máquina em 192.168.20.0/24, digamos 192.168.20.25, usando 192.168.10.3 em uma rede & 192.168.20.2 no outro. A máquina 192.168.10.25 precisa dessa rota
route add -net 192.168.20.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.10.3
e a máquina 192.168.20.25 precisa
route add -net 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.20.2
Como alternativa, você pode usar o NAT & IPTables
echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
iptables --flush
iptables -t nat --flush
iptables -t mangle --flush
iptables -A INPUT -i lo -j ACCEPT
iptables -A OUTPUT -o lo -j ACCEPT
iptables --policy INPUT ACCEPT
iptables --policy OUTPUT ACCEPT
iptables --policy FORWARD ACCEPT
iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE
Dessa forma, você só precisa configurar (assumindo que as rotas estejam no lugar) o roteador.