тянет файл по одному URL и сразу же (как бы потоково) отдает по другому URL

первое что приходит в голову - связка wget/lynx, wput(?) через fifo-файл.

На C, первое (и последнее), что приходит в голову, это sendfile. На Python, первое, что приходит в голову - спросить Google: http://www.google.com/search?q=python+sendfile

Первое, что отвечает Google: http://py.vaults.ca/apyllo.py/990075885.51318219 питоновский интерфейс к sendfile.

sendfile, что, из сокета напрямую читать умеет?

нет не умеет. по крайней мере в линуксе на ядре 2.4