Vas a necesitar 2 proxys intermedios para conseguir realizar esto. Cómo estén hechos, bien por hardware con firmware adecuado en alguna especie de router, o bien con un PC y software, ya es otro tema. El problema que tienes es que necesitas "algo" intermedio que reescriba las cabeceras HTTP.
¿Por qué? Pues en un entorno normal de NAT que no llegue a nivel de capa de aplicación, sino que se quede a nivel de capa de red —como el de la mayoría de routers ADSL del mercado— el router va a conseguir llegar al web que está en una IP local privada, pero va a informar al servidor que el solicitante está en Internet, por lo tantó el servidor llegará hasta Internet con la respuesta a través de su puerta de enlace.
Si un router de gama alta o un proxy intermedio modifica además las cabeceras para hacer creer al servidor web que es él quien realiza la conexión HTTP, el servidor web podrá servirlas correctamente. Pero para el servicio siempre habrá 2 únicos solicitantes, con lo que pierdes las estadísticas de acceso. Necesitarás entonces que los 2 proxys intermedios guarden logs para saber quién realmente ha accedido a los servicios.
