En cada ordenador se debe poner como Puerta de Enlace Predeterminada la IP interna del router. De esta forma los ordenadores saben por donde deben enviar las peticiones que no correspondan a la red.
El Problema Es que para que un ordenador pueda comunicarse con la puerta de enlace predeterminada, esta (la puerta de enlace) debe pertenecer a su red. Por lo tanto, si varios ordenadores tienen el mismo router como puerta de enlace y cada uno de ellos están en la misma red que el router, esto implica que todos los ordenadores están en la misma red.
Podrías separar las redes poniendo un router intermedio entre cada red y el router de salida