Если сервер "получил пакет с этих адресов" внутри соответствующего l2 сегмента, то данные из пакета (src ip, src mac) должны, насколько я помню, автоматом попадать в arp-таблицу, и соответственно arp-запросы не нужны.
Как вариант, не могут ли пакеты с такими src-адресами поступать через другой сетевой интерфейс сервера?
