Es muy bonito pero dejando a un lado el hecho de que yo no le veo el punto es como si para hacer una tortilla estuvieras poniendo una granja de avestruzes
No, no necesitas 4 tarjetas de red, ni siquiera necesitas 2 si me apuras, y no, 60 equipos no saturan otro que sólo ejecuta un proxy (otra cosa es que quieras meter más movidas y dando por sentado que no es un 486 con 4 MB de RAM claro).
El problema con estas cosas, y donde difiere la enseñanza de la vida profesional real, es que tu puedes tener un "ideal" en la cabeza pero eso no es viable. Te pongo un ejemplo, en lugar de lo que tu quieres... ¿por qué no ponemos esto?:
4 proxys por aula en configuarión cluster activo-activo conectados a dos switches con balanceo y multipathing, justo antes de la salida a Internet le metemos un acelerador WAN y para servir ficheros metemos un HNAS 3200... etc etc etc
Pues sencillo... porque es CARO, y no hace nada que no haga una sóla máquina para un servicio tan nimio como un proxy.
Por otro lado el WPAD lo puedes sustituir perfectamente por iptables (a poco ducho que seas obligas a los clientes a meterse por el proxy si quieren llegar a algún sitio... y ni se enteran de que lo están usando) dado que estás usando Ubuntu (que por otro lado hay alternativas más ligeritas y mejor adecuadas al uso que le quieres dar). Recuerda que la mejor configuración para un cliente es JUSTO la que no requiere configurarse.
Seamos claros, no es por jorobar, es una crítica que pretende ser constructiva, pero vamos, si me presentas a mí un proyecto así lo primero que te obligo es a que me presentes a tu camello... y lo segundo es a ajustarte a presupuestos de este mundo
Un saludo.