模型上下文协议（MCP）基于灵活、可扩展的架构，实现了大型语言模型（LLM）应用程序与集成之间的无缝通信。本文档涵盖了核心架构组件和概念。

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概述

MCP 遵循客户端-服务器架构，其中：

  • 主机 是发起连接的 LLM 应用程序（如 Claude Desktop 或 IDE）
  • 客户端 在主机应用程序内与服务器保持 1:1 连接
  • 服务器 为客户端提供上下文、工具和提示

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核心组件

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协议层

协议层负责消息框架、请求/响应关联以及高级通信模式。

class Protocol<Request, Notification, Result> {
    // 处理传入的请求
    setRequestHandler<T>(schema: T, handler: (request: T, extra: RequestHandlerExtra) => Promise<Result>): void

    // 处理传入的通知
    setNotificationHandler<T>(schema: T, handler: (notification: T) => Promise<void>): void

    // 发送请求并等待响应
    request<T>(request: Request, schema: T, options?: RequestOptions): Promise<T>

    // 发送单向通知
    notification(notification: Notification): Promise<void>
}

关键类包括：

  • Protocol
  • Client
  • Server

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传输层

传输层处理客户端与服务器之间的实际通信。MCP 支持多种传输机制：

  1. 标准输入输出（Stdio）传输

    • 使用标准输入/输出进行通信
    • 适用于本地进程

  2. HTTP 与 SSE 传输

    • 使用服务器发送事件（SSE）进行服务器到客户端的消息传递
    • 使用 HTTP POST 进行客户端到服务器的消息传递

所有传输均使用 JSON-RPC 2.0 交换消息。有关模型上下文协议消息格式的详细信息，请参阅规范。

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消息类型

MCP 包含以下主要消息类型：

  1. 请求 期望来自另一方的响应：

    interface Request {
  method: string;
  params?: { ... };
}

  2. 结果 是对请求的成功响应：

    interface Result {
  [key: string]: unknown;
}

  3. 错误 指示请求失败：

    interface Error {
  code: number;
  message: string;
  data?: unknown;
}

  4. 通知 是不需要响应的单向消息：

    interface Notification {
  method: string;
  params?: { ... };
}

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连接生命周期

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1. 初始化

  1. 客户端发送包含协议版本和功能的 initialize 请求
  2. 服务器响应其协议版本和功能
  3. 客户端发送 initialized 通知作为确认
  4. 开始正常的消息交换

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2. 消息交换

初始化后，支持以下模式：

  • 请求-响应：客户端或服务器发送请求，另一方响应
  • 通知：任一方发送单向消息

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3. 终止

任一方均可终止连接：

  • 通过 close() 进行干净关闭
  • 传输断开
  • 错误情况

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错误处理

MCP 定义了以下标准错误代码：

enum ErrorCode {
  // 标准 JSON-RPC 错误代码
  ParseError = -32700,
  InvalidRequest = -32600,
  MethodNotFound = -32601,
  InvalidParams = -32602,
  InternalError = -32603
}

SDK 和应用程序可定义高于 -32000 的自定义错误代码。

错误通过以下方式传播：

  • 对请求的错误响应
  • 传输上的错误事件
  • 协议级别的错误处理程序

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实现示例

以下是实现 MCP 服务器的基本示例：

import { Server } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/index.js";
import { StdioServerTransport } from "@modelcontextprotocol/sdk/server/stdio.js";

const server = new Server({
  name: "example-server",
  version: "1.0.0"
}, {
  capabilities: {
    resources: {}
  }
});

// 处理请求
server.setRequestHandler(ListResourcesRequestSchema, async () => {
  return {
    resources: [
      {
        uri: "example://resource",
        name: "示例资源"
      }
    ]
  };
});

// 连接传输
const transport = new StdioServerTransport();
await server.connect(transport);

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最佳实践

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传输选择

  1. 本地通信

    • 对本地进程使用 stdio 传输
    • 适用于同一台机器的高效通信
    • 进程管理简单

  2. 远程通信

    • 在需要 HTTP 兼容性的场景中使用 SSE
    • 考虑包括认证和授权在内的安全问题

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消息处理

  1. 请求处理

    • 彻底验证输入
    • 使用类型安全的模式
    • 优雅处理错误
    • 实现超时

  2. 进度报告

    • 对长时间操作使用进度令牌
    • 增量报告进度
    • 在已知时包含总进度

  3. 错误管理

    • 使用适当的错误代码
    • 提供有帮助的错误消息
    • 在错误发生时清理资源

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安全考虑

  1. 传输安全

    • 对远程连接使用 TLS
    • 验证连接来源
    • 在需要时实施认证

  2. 消息验证

    • 验证所有传入消息
    • 清理输入
    • 检查消息大小限制
    • 验证 JSON-RPC 格式

  3. 资源保护

    • 实施访问控制
    • 验证资源路径
    • 监控资源使用情况
    • 限制请求速率

  4. 错误处理

    • 不要泄露敏感信息
    • 记录与安全相关的错误
    • 实施适当的清理
    • 处理拒绝服务（DoS）场景

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调试和监控

  1. 日志记录

    • 记录协议事件
    • 跟踪消息流
    • 监控性能
    • 记录错误

  2. 诊断

    • 实施健康检查
    • 监控连接状态
    • 跟踪资源使用情况
    • 分析性能

  3. 测试

    • 测试不同传输方式
    • 验证错误处理
    • 检查边缘情况
    • 负载测试服务器