Si tienes ambos routers configurados a través de la misma red y las dos ips virtuales del router consecutivas, puedes usar iptables para balancear la ip fuente. Si usas enrutamiento fuente puedes conseguir medio balancear la carga (sin realimentación para hacer un balanceo más real, pero al menos es efectivo).
El ejemplo de configuración de iptables es (asumo tu red local como del tipo 10.0.0.x interna y las ips de salida hacia internet son las 192.168.0.1 y 2 en eth0 o eth1, es indiferente y se controla por el comando ip route):
iptables -A PREROUTING -t nat -i eth0 -d ! 10.0.0.0/24 -j SNAT --to-source 192.168.0.1-192.168.0.2
El enrutamiento fuente se podría ver así (asumo el router 1 como 10.0.0.250 y el router 2 como 10.0.0.251):
ip rule add from 10.0.0.1 table 100
ip rule add from 10.0.0.2 table 101
ip route add default via 10.0.0.250 dev eth0 table 100
ip route add default via 10.0.0.251 dev eth0 table 101
Como puedes ver, cada router podría estar sin problemas en una tarjeta de red distinta, en Linux no existe nada que obligue a una tarjeta de red a estar solo en una red ni cosas similares como Windows.
Cuando me pase por uno de los cibers donde tengo metido balanceo te paso el script real, este es de "memoria" x) y todos saben lo bien q esta mi memoria.
PD: te recomiendo que obligues que los paquetes que llegan por una puerta de enlace sean respondidos por esa misma puerta de enlace (¡sabia que se me olvidaba algo!). Lo puedes hacer con un "default machine" como los 3com, o algo similar y que filtres los paquetes que lleguen de la IP correspondiente a la salida al otro router, así podrás depurar si has puesto bien las rutas. También puedes optar por poner cada router en una interfaz distinta.
Sé que me olvido algo. Hay otras maneras de hacer balanceo de carga, por ahí he visto una técnica que por cada ruta descubierta asigna una puerta de enlace distinta usando el atributo weight en el scope de la ruta, pero según tengo entendido, tras un tiempo puedes saturar una de las líneas, mientras que este método suele ser más "estable".
Recuerdo que tuve que hacer otra chapuza más, ya la pondré cuando la recuerde :)