Имеем:

1. VMWare ESXi 5.0.0-469512-standart хост
   
2. CentOS 6.2 kernel 2.6.32-220.el6.x86_64 - гостевая система в виртуальной локальной сети (так же есть Windows 7 гость)
   
3. CentOS 6.2 kernel 2.6.32-220.el6.x86_64 - гостевая система-маршрутизатор, обеспечивающая выход в глобальную сеть для других гостевых систем
   

Пусть маршрутизатор = router, а гостевая система = centos_test.
Router одной сетевой картой подключен к виртуальному свитчу 1, который в свою очередь подключен к wan интерфейсу хост системы.
Вторая сетевая карточка подключена к виртуальному свитчу 2, который не подключен к физическому интерфейсу.
Centos_test имеет одну сетевую карту, подключенную к свитчу 2.
В качестве сетвой карточки во всех виртуальных системах используется vmxnet3 (при использовании E1000 проблема так же наблюдается).

Таким образом создается DMZ внутри одного ESXi хоста.

В такой конфигурации мы замечаем очень медленную работу с centos_test по сети.
Скорость передачи падает чуть ли не до 10 килобайт в секунду.
Диагностика с помощью tcpdump обнаруживает следующее:
где a.b.c.d - IP router,  x.x.x.x - IP centos_test,  y.y.y.y - IP назначения потока данных из глобальной сети.
Проанализировав трафик, понимаем - centos_test пытается отправить пакет заметно большей длины, чем MTU,
на что и получает ответ о необходимости фрагментации.
По каким-то причинам виртуальная сетевая карточка не заботится о максимальном размере пакета, как указано на интерфейсе.

Как решить проблему? Гугл отправляет искать причины в включенном LRO (large receive offload) в ESXi.
Однако никакие рекомендованные манипуляции с настройками (Configuration->Advanced settings->Net), связанными с LRO (Net.VmxnetSwLROSL,Net.Vmxnet3SwLRO,Net.Vmxnet3HwLRO,Net.Vmxnet2SwLRO,Net.Vmxnet2HwLRO и другие),  
не дали результата.

Поиски решения дали понять, что в ESXi есть какие-то ошибки в реализации функциональности LRO и TSO (tcp segmentation offload),
которые обнаруживаются в специфичных реализациях. Найти решение на стороне ESXi хоста не удалось, поэтому проблему нужно исправлять на стороне виртуальной машины.
Для этого в гостевой системе нужно отключить поддержку tso (в даном конкретном случае этого достаточно)
на сетевой карточке:      
Но в данной конкретной системе (свежая установка Centos 6.2 без апдейта) вместо выключения tso будет ошибка:
И только после обновления ядра (в моем случае до 2.6.32-220.13.1.el6.x86_64) команда отрабатывает без ошибок.
После этого работа с сетью нормализуется.
Чтобы после перезагрузки tso выключалось без вашего вмешательства, добавьте команду в /etc/rc.local (для CentOS).

В гостевой системе Windows 7 нужно зайти в настройки сетевой карточки и выключить опцию:
“IPv4 - разгрузка большой отправки” для Е1000 и “IPv4 Giant TSO Offload” для vmxnet3.