模型上下文协议（Model Context Protocol，MCP）建立在灵活、可扩展的架构之上，实现了LLM应用程序和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：

  • 宿主是启动连接的LLM应用程序（如Claude Desktop或IDE）
  • 客户端在宿主应用程序内与服务器保持1:1连接
  • 服务器向客户端提供上下文、工具和提示

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核心组件

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协议层

协议层处理消息帧、请求/响应链接和高级通信模式。

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

    // 处理传入通知
    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>
}

主要类包括：

  • Protocol
  • Client
  • Server

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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：

  1. 标准输入输出传输

    • 使用标准输入/输出进行通信
    • 适用于本地进程

  2. 带SSE的HTTP传输

    • 使用服务器发送事件（Server-Sent Events）进行服务器到客户端的消息传输
    • 使用HTTP POST进行客户端到服务器的消息传输

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。

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消息类型

MCP有以下主要消息类型：

  1. 请求需要对方响应：

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

  2. 结果是对请求的成功响应：

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

  3. 错误表示请求失败：

    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. 客户端发送带有协议版本和功能的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，对方响应
  • 通知：任何一方发送单向消息

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3. 终止

任何一方都可以终止连接：

  • 通过close()进行清理关闭
  • 传输断开
  • 错误条件

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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和应用程序可以在-32000以上定义自己的错误代码。

错误通过以下方式传播：

  • 错误响应
  • 传输错误事件
  • 协议级错误处理程序

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实现示例

以下是一个基本的MCP服务器实现示例：

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

    • 使用标准输入输出传输进行本地进程通信
    • 本地通信高效
    • 简单的进程管理

  2. 远程通信

    • 使用带SSE的HTTP传输进行需要HTTP兼容性的场景
    • 考虑安全性，包括身份验证和授权

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消息处理

  1. 请求处理

    • 仔细验证输入
    • 使用类型安全的模式
    • 妥善处理错误
    • 实现超时

  2. 进度报告

    • 使用进度令牌进行长时间操作
    • 分步报告进度
    • 包括总进度（如果已知）

  3. 错误管理

    • 使用适当的错误代码
    • 包括有用的错误消息
    • 清理资源
    • 处理拒绝服务（DoS）场景

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安全考虑

  1. 传输安全

    • 使用TLS进行远程连接
    • 验证连接来源
    • 实现身份验证（如果需要）

  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

    • 实现访问控制
    • 验证资源路径
    • 监视资源使用情况
    • 限制请求速率

  4. 错误处理

    • 不要泄露敏感信息
    • 记录安全相关错误
    • 妥善清理
    • 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
    • 监视性能
    • 记录错误

  2. 诊断

    • 实现健康检查
    • 监视连接状态
    • 跟踪资源使用情况
    • 分析性能

  3. 测试

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