Parece um problema com proxy ARP no firewall (mesmo que não deva). Eu estou supondo que o Pix está fazendo proxy ARP para o servidor do Exchange para o tráfego de entrada da internet. Por alguma razão, parece que o firewall está fazendo proxy ARP para tráfego interno também. Quando o problema ocorrer, tente executar um tracert para o endereço IP interno do servidor Exchange e veja se ele está passando pelo firewall por algum motivo.