MCP协议-核心架构

核心架构

了解MCP如何连接客户端、服务端和LLM

模型上下文协议（MCP）基于一个灵活、可扩展的架构，使LLM应用程序和集成之间的通信无缝衔接。本文档涵盖了核心架构组件和概念。

概述

MCP遵循客户端-服务端架构，其中：

主机是启动连接的LLM应用程序（如Claude桌面或IDE）
客户端与服务端保持1:1连接，位于主机应用程序内部
服务端向客户端提供上下文、工具和提示

flowchart LR subgraph Host a1[MCP Client] a2[MCP Client] end subgraph Server Process b1[MCP Server] end subgraph Server Process b2[MCP Server] end a1 <-- Transport Layer --> b1 a2 <-- Transport Layer --> b2

核心组件

协议层

协议层处理消息框架、请求/响应链接和高级通信模式。

Python 示例代码

python 复制代码

class Session(BaseSession[RequestT, NotificationT, ResultT]):
    async def send_request(
        self,
        request: RequestT,
        result_type: type[Result]
    ) -> Result:
        """
        Send request and wait for response. Raises McpError if response contains error.
        """
        # Request handling implementation

    async def send_notification(
        self,
        notification: NotificationT
    ) -> None:
        """Send one-way notification that doesn't expect response."""
        # Notification handling implementation

    async def _received_request(
        self,
        responder: RequestResponder[ReceiveRequestT, ResultT]
    ) -> None:
        """Handle incoming request from other side."""
        # Request handling implementation

    async def _received_notification(
        self,
        notification: ReceiveNotificationT
    ) -> None:
        """Handle incoming notification from other side."""
        # Notification handling implementation

关键类包括：

Protocol
Client
Server

传输层

传输层处理客户端和服务端之间的实际通信。MCP支持多种传输机制：

Stdio传输
- 使用标准输入/输出进行通信
- 适用于本地进程
HTTP与SSE传输
- 使用服务端发送事件（SSE）进行服务端到客户端的消息传递
- 使用HTTP POST进行客户端到服务端的消息传递

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

消息类型

MCP有以下主要类型的消息：

请求期望从另一方获得响应：

typescript 复制代码

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

结果是对请求的成功响应：

typescript 复制代码

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

错误表示请求失败：

typescript 复制代码

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

通知是单向消息，不期望响应：

typescript 复制代码

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

连接生命周期

1. 初始化

markdown 复制代码

1.  客户端发送`initialize`请求，包含协议版本和能力
2.  服务端响应其协议版本和能力
3.  客户端发送`initialized`通知作为确认
4.  正常消息交换开始

2. 消息交换

初始化后，支持以下模式：

请求-响应：客户端或服务端发送请求，另一方响应
通知：任一方发送单向消息

3. 终止

任一方都可以终止连接：

通过close()进行干净关闭
传输断开
错误条件

错误处理

MCP定义了这些标准错误代码：

ini 复制代码

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

SDK和应用程序可以在-32000以上定义自己的错误代码。

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
协议级错误处理程序

实现示例

以下是一个实现MCP服务端的基本示例：

Python 示例

python 复制代码

import asyncio
import mcp.types as types
from mcp.server import Server
from mcp.server.stdio import stdio_server

app = Server("example-server")

@app.list_resources()
async def list_resources() -> list[types.Resource]:
    return [
        types.Resource(
            uri="example://resource",
            name="Example Resource"
        )
    ]

async def main():
    async with stdio_server() as streams:
        await app.run(
            streams[0],
            streams[1],
            app.create_initialization_options()
        )

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main)

最佳实践

传输选择

本地通信
- 对本地进程使用stdio传输
- 适用于同一台机器的通信
- 简单的进程管理
远程通信
- 对需要HTTP兼容性的场景使用SSE
- 考虑安全影响，包括身份验证和授权

消息处理

请求处理
- 彻底验证输入
- 使用类型安全的模式
- 优雅地处理错误
- 实现超时
进度报告
- 对长时间操作使用进度令牌
- 逐步报告进度
- 在已知时包括总进度
错误管理
- 使用适当的错误代码
- 包括有用的错误消息
- 在错误时清理资源

安全注意事项

传输安全
- 对远程连接使用TLS
- 验证连接来源
- 在需要时实现身份验证
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
资源保护
- 实现访问控制
- 验证资源路径
- 监控资源使用情况
- 限制请求速率
错误处理
- 不要泄露敏感信息
- 记录与安全相关的错误
- 实现适当的清理
- 处理DoS场景

调试和监控

日志记录
- 记录协议事件
- 跟踪消息流
- 监控性能
- 记录错误
诊断
- 实现健康检查
- 监控连接状态
- 跟踪资源使用情况
- 分析性能
测试
- 测试不同的传输
- 验证错误处理
- 检查边缘情况
- 负载测试服务端