Além de configurar as NICs, VLANs e redes corretamente, para fazer o roteamento no seu servidor linux, você também precisa adicionar ao seu /etc/sysctl.conf as seguintes linhas:
O primeiro para encaminhamento de IP:
net.ipv4.ip_forward = 1
O segundo para desabilitar as regras anti-spoofing, para poder usar várias redes na mesma NIC:
net.ipv4.conf.all.rp_filter=0
Para ativar essas regras, faça:
sudo sysctl -p