Возможен ли шлюз с одной сетевой картой?
Вы можете это реализовать при помощи маршрутизации (у всех ПК шлюзом по умолчанию установлен ваш "шлюз", на "шлюзе" - раздающий сервер)
Или можно реализовать схему "router on a stick". Потребуется поддержка port-based VLAN и тэгирования 802.1q на "шлюзе" и коммутаторе. В данном случае у ПК в локальной сети не будет доступа к серверу напрямую.
Также возможны "нестандартные решения" с подменой ARP, но это на любителя.
Возможно.
Вам нужно смотреть в сторону virtual interfaces. linuxconfig.org/configuring-virtual-network-interf...
Затем вам нужно будет сконфигурировать DHCP и маршрутизацию через виртуальный интерфейс superuser.com/questions/548502/route-ip-through-vi...