Não importa o que você faça, se você tentar veicular conteúdo de vários servidores usando um único endereço voltado para fora, você precisará, de alguma forma, baixar o conteúdo da conexão TCP estabelecida para www.domain.com para começar com, porque não é tecnicamente viável "entregar" uma conexão TCP estabelecida para outra máquina.
Sua única opção é usar um redirecionamento - que é detectável. Mas por que se incomodar, exceto possivelmente evitar quebrar hiperlinks recebidos? A Web foi planejada desde o início para permitir que uma única página da Web contenha informações de vários servidores.
Portanto, seja simples! :-) E se você usar um hostname separado para seus arquivos estáticos, você estará em boa companhia.