1.互いのイーサネットケーブルのIP設定を以下のとおりにする。(Xは任意の値、U及びWは重複なしの任意の値。)

Ubuntu
(無線ゲートウェイ側)
IPアドレス:192.168.0.X
サブネットマスク:24
ゲートウェイ:192.168.0.1
デバイス名:ethw

Ubuntu
(有線イーサ側)
IPアドレス:192.168.56.U
サブネットマスク:24
ゲートウェイ:127.0.0.1
デバイス名:ethl

Windows
IPアドレス:192.168.56.W
サブネットマスク:24
ゲートウェイ:192.168.56.U

2.互いのPCをLANケーブルで接続。

Windows側の操作はこれ以上はない。

3.ルーティングテーブルの確認コマンドでルーティングテーブルを確認

#ip route

4.おそらくこんな設定が増えちゃう。コレがあるとUbuntuがインターネットできないので無効化する。

default via 192.168.0.1 dev ethl proto static metric 600
192.168.0.1 dev ethl proto static metric 600
上記の設定を無効化するため以下のコマンドを使用
#ip route del default via 192.168.0.1 dev ethl
#ip route del 192.168.0.1 dev ethl

5.ゲートウェイとしてUbuntuを使用するようにルーティングする

5.1.IPフォワードを有効にする

#echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward
#echo "net.ipv4.ip_forward=1" >> /etc/sysctl.conf

5.2.Windows側のネットワークではUbuntuのアドレスをゲートウェイとして使用することを宣言

#route add -net 192.168.56.0/24 gw 192.168.56.U ethl

5.3.通信を通してNATして開通。

#iptables -A FORWARD -i ethw -o ethl -s 192.168.56.0/24 -j ACCEPT
#iptables -A FORWARD -o ethw -i ethl -s 192.168.56.0/24 -j ACCEPT
#iptables -t nat -A POSTROUTING -o ethw -s 192.168.56.0/24 -j MASQUERADE

これで有線LANしかないPCでもUbuntu経由でインターネットできます。個人的に仮想環境もどきを物理的に組みたかったのでやりましたが実用性は知りません。

参考文献
http://www.atmarkit.co.jp/ait/articles/0505/17/news131_2.html
http://redhatlinux.kt.fc2.com/cont/router.htm