【翻译、转载】MCP 核心架构

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核心架构

了解 MCP 如何连接客户端、服务器和 LLM

模型上下文协议 (MCP) 构建在一个灵活、可扩展的架构之上，能够实现 LLM 应用程序与集成之间的无缝通信。本文档涵盖了核心的架构组件和概念。

概述

MCP 遵循客户端-服务器 (client-server) 架构，其中：

• 宿主 (Host) 是发起连接的 LLM 应用程序（如 Claude 桌面版或 IDE）。
• 客户端 (Client) 在宿主应用程序内部与服务器保持 1:1 连接。
• 服务器 (Server) 向客户端提供上下文、工具和提示 (prompts)。

宿主 (Host) 服务器进程 (Server Process) MCP 客户端 传输层 MCP 服务器

核心组件

协议层

协议层处理消息帧、请求/响应关联以及高级通信模式。

Python

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 (协议)
• Client (客户端)
• Server (服务器)

传输层

传输层处理客户端和服务器之间的实际通信。MCP 支持多种传输机制：

• Stdio 传输
  • 使用标准输入/输出 (standard input/output) 进行通信。
  • 非常适合本地进程。
• 带 SSE 的 HTTP 传输
  • 使用服务器发送事件 (Server-Sent Events, SSE) 处理服务器到客户端的消息。
  • 使用 HTTP POST 处理客户端到服务器的消息。

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，请参阅规范文档。

消息类型

MCP 有以下主要的消息类型：

• 请求 (Request) 期望从对方获得响应：

interface Request {
  method: string; // 方法名
  params?: { ... }; // 参数 (可选)
}

• 结果 (Result) 是对请求的成功响应：

interface Result {
  [key: string]: unknown; // 任意键值对
}

• 错误 (Error) 表明请求失败：

interface Error {
  code: number; // 错误代码
  message: string; // 错误消息
  data?: unknown; // 额外数据 (可选)
}

• 通知 (Notification) 是不期望响应的单向消息：

interface Notification {
  method: string; // 方法名
  params?: { ... }; // 参数 (可选)
}

连接生命周期

1. 初始化

时序图

服务器 客户端 initialize 请求 (协议版本, 能力) initialize 响应 (协议版本, 能力) initialized 通知 (确认) 连接准备就绪 服务器 客户端

• 客户端发送包含协议版本和能力的 initialize 请求。
• 服务器以其协议版本和能力进行响应。
• 客户端发送 initialized 通知作为确认。
• 开始正常的消息交换。

2. 消息交换

初始化后，支持以下模式：

• 请求-响应 (Request-Response)：客户端或服务器发送请求，另一方响应。
• 通知 (Notification)：任意一方发送单向消息。

3. 终止

任意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：

enum ErrorCode {
  // 标准 JSON-RPC 错误代码
  ParseError = -32700,       // 解析错误
  InvalidRequest = -32600,   // 无效请求
  MethodNotFound = -32601,   // 方法未找到
  InvalidParams = -32602,    // 无效参数
  InternalError = -32603     // 内部错误
}

SDK 和应用程序可以定义自己的高于 -32000 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。
• 协议级别的错误处理程序。

实现示例

这是一个实现 MCP 服务器的基本示例：

Python

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
  • 对于本地进程，使用 stdio 传输。
  • 对于同一台机器上的通信效率高。
  • 进程管理简单。
• 远程通信
  • 对于需要 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 (schema)。
  • 优雅地处理错误。
  • 实现超时机制。
• 进度报告
  • 对长时间操作使用进度令牌 (progress tokens)。
  • 增量报告进度。
  • 在已知总进度时包含该信息。
• 错误管理
  • 使用适当的错误代码。
  • 包含有用的错误消息。
  • 在出错时清理资源。

安全注意事项

• 传输安全
  • 对远程连接使用 TLS。
  • 验证连接来源。
  • 在需要时实施身份验证。
• 消息验证
  • 验证所有传入消息。
  • 净化输入内容 (Sanitize inputs)。
  • 检查消息大小限制。
  • 验证 JSON-RPC 格式。
• 资源保护
  • 实施访问控制。
  • 验证资源路径。
  • 监控资源使用情况。
  • 对请求进行速率限制。
• 错误处理 (安全方面)
  • 不要泄露敏感信息。
  • 记录与安全相关的错误。
  • 实施正确的清理操作。
  • 处理拒绝服务 (DoS) 场景。

调试与监控

• 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
  • 实施健康检查。
  • 监控连接状态。
  • 跟踪资源使用情况。
  • 进行性能分析 (Profile)。
• 测试
  • 测试不同的传输方式。
  • 验证错误处理。
  • 检查边缘情况。
  • 对服务器进行负载测试。

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