Иначе у тебя действительно получается каша из двух сетей.
Можно сделать на том, что есть, но будет не очень просто и небанально, придется кое чего понастраивать. Исходим из того, что в убунте 2 сетевухи (ну из простого, VLANы разводить очевидно негде и явно не хочется):
1. Поднять на убунте DHCP сервер.
2. В один интерфейс втыкается провайдер.
3. Там же NAT на внутренюю сетку между двумя интерфейсами чтобы был интернет (я так понимаю это уже есть).
4. В DIR-615 выключить вообще все, кроме WIFI и сделать из него тупой мост ethernet-wifi, для чего надо убунту сетевухой для локалки воткнуть в любой из 5 клиентских портов, не WAN.
5. Profit. Второй комп и wifi устройства будут получать адреса от убунты и будут с ней в одной сети.
Вообще, если использовать его как свитч с WIFI, проблем с задержками быть не должно, он вроде не настолько уныл, чтобы внутри не прогнать несчастные 100 мегабит между портами.