Com um IP público, você não poderá hospedar os dois sites na porta 80 usando dois servidores fisicamente separados. Você terá que executar um em 80 e outro em 8080, o que é um aborrecimento.
Você poderia configurar um proxy em um dos servidores físicos. A desvantagem é que você terá um único ponto de falha (o servidor que executa o proxy) e adicionará complexidade. Você provavelmente também precisará configurar servidores DNS internos ou pelo menos brincar com os arquivos hosts em seus servidores.
Se você estiver usando o Apache, confira mod_proxy.
Eu vejo seu preocupado com a carga. Você pode considerar usar um servidor como seu servidor da Web e usar o outro como seu servidor de banco de dados.