Isso é definitivamente algo que você deve ser capaz de fazer. A inicialização do PXE apenas inicia o processo de inicialização do sistema operacional - uma vez que o sistema operacional assume, ele pode fazer o que for necessário.
Parece-me que há um problema relacionado ao fato de o Ubuntu ficar confuso ao ter duas interfaces na mesma rede e está preferindo a interface ethernet. Isto é confirmado pela saída da sua tabela de rotas.
Você pode querer tentar desativar a interface ethernet no Ubuntu, o que deve resolver o problema.