Descobri que o problema era que o cache do arp do roteador não tinha entrada para a máquina que não se conectava. Quando o adicionei manualmente (usando 'arp -s' no próprio roteador), consegui me reconectar à Internet. No entanto, quando eu reinicio o roteador, ele perde minha entrada permanente. Eu acredito que o que está acontecendo é que, quando o roteador reinicia, ele envia uma solicitação ARP para cada máquina na rede local e, por algum motivo, essa máquina em particular não está respondendo. Posso sempre restabelecer minha conexão com a Internet se eu entrar novamente nesse relacionamento adicionado manualmente, mas claramente algo está errado. Alguém tem alguma idéia de onde procurar?