Isso pode estar relacionado ao comportamento do Linux ARP com várias NICs na mesma rede e foi discutido em esta pergunta de falha de servidor . Basicamente, você precisa definir alguns parâmetros sysctl :
net.ipv4.conf.all.arp_ignore=1
net.ipv4.conf.all.arp_announce=2
Isso fará com que as respostas ARP sejam excluídas apenas da interface de rede que realmente possui o endereço IP solicitado na solicitação ARP.
Como mencionado na questão acima referenciada, isso ocorre porque, por padrão, no Linux, o host possui um IP, e não uma interface em particular, portanto, as respostas serão exibidas em qualquer interface escolhida. Isso pode causar problemas quando você tem várias interfaces na mesma rede e é exatamente o que os parâmetros sysctl acima modificam.