为何Python Socket扫描本地端口速度远超预期？（Ubuntu环境）

示例代码（出自《CPython Internals》） #

from queue import Queue
import socket
import time
timeout = 1.0

def check_port(host: str, port: int, results: Queue):
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.settimeout(timeout)
    result = sock.connect_ex((host, port))
    if result == 0:
        results.put(port)
    sock.close()

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    host = "localhost"
    results = Queue()
    for port in range(80, 100):
        check_port(host, port, results)
    while not results.empty():
        print("Port {0} is open".format(results.get()))
    print("Completed scan in {0} seconds".format(time.time() - start))

问题描述 #

当脚本中host设为localhost时，扫描1至65535端口仅需约1.5秒，且设置的timeout=1.0完全不起作用；但扫描外部主机（如8.8.8.8）时，扫描440-444端口耗时约4秒，符合超时时间的预期。请问在Ubuntu环境下，为何本地端口扫描速度如此之快？

原因解析 #

• 本地TCP连接的内核处理逻辑：localhost对应回环地址127.0.0.1，这类连接完全在内核内部完成，不需要经过物理网卡和外部网络链路。当尝试连接未开放的本地端口时，内核会直接返回ECONNREFUSED错误，这个过程瞬间完成，根本不会触发你设置的socket.settimeout()超时机制。而外部连接的未开放端口，需要等待TCP三次握手超时才会返回错误，这个过程受timeout限制。

• Linux内核的本地请求优化：Ubuntu基于Linux内核，内核对本地套接字请求有专门的优化逻辑。它会直接检查目标端口是否有进程在监听，没有的话立刻拒绝连接，不存在任何网络层面的等待延迟。而外部连接需要经过路由、防火墙、目标主机响应等多个环节，每个环节都会产生可观的延迟。

• connect_ex()的行为差异：针对本地连接，connect_ex()调用能瞬间获取内核返回的结果（成功或拒绝），循环执行速度完全由内核处理能力决定；而外部连接的connect_ex()需要等待完整的网络交互流程，速度受timeout和网络环境影响。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者maskalev