Faz alguns anos desde que eu postei essa pergunta e acabei tropeçando nela novamente enquanto olhava para as minhas perguntas no meu perfil.
Eu lembro desse problema e resolvi alguns dias depois, mas esqueci completamente de responder aqui.
O problema era que a máscara de sub-rede estava incorreta em um desses roteadores / modems. Se bem me lembro, era 255.255.0.0
em vez de 255.255.255.0
e enquanto o ping iria forçar a Subnet-Mask certa ou algo parecido.