Pensei em postar o que a solução acabou sendo. O serviço WDS PXE teve um "tempo de espera antes de responder" que alguém definiu como 30 segundos. Eu notei que vmware ESX vms só pesquisa o PXE por talvez 10 segundos. ... eles simplesmente não estavam esperando o tempo suficiente.
Reduzi a configuração de "tempo de espera antes de responder" e tudo está bem.