MCP 核心原理与实践

MCP 是什么？ Link to heading

MCP 是一个开放协议，它规范了应用程序向大型语言模型提供上下文的方式。你可以把 MCP 想象成 AI 应用程序的 USB-C 接口。就像 USB-C 为你的设备连接各种外设和配件提供了一种标准化的方式一样，MCP 也为 AI 模型连接不同的数据源和工具提供了一种标准化的方式。

MCP 帮助我们在 LLM 之上构建代理和复杂的业务流程。LLM 经常需要与数据和工具集成，MCP 提供了：

• 让 LLM 可以直接接入一个不断增长的预构建集成服务列表的能力
• 能够在大型语言模型服务提供商和供应商之间灵活切换
• 保护基础设施中数据的安全最佳实践

通用架构 Link to heading

MCP 核心采用客户端-服务器（CS）架构，主机应用可以连接多个服务器：

• MCP主机：如 Claude 桌面版、集成开发环境（IDE）或 AI 工具等，需要通过 MCP 访问数据的程序
• MCP客户端：与服务器保持 1:1 连接的协议客户端
• MCP服务器：轻量级程序，通过标准化的模型上下文协议（Model Context Protocol）暴露特定功能
• 本地数据源：MCP 服务器可安全访问的计算机文件、数据库和服务
• 远程服务：可通过互联网（如 API）连接的外部系统，MCP 服务器可与之交互

核心架构 Link to heading

模型上下文协议（MCP）基于灵活且可扩展的架构，能够实现大型语言模型应用与集成之间的无缝通信。接下来介绍 MCP 核心的架构组件与概念，帮助我们理解 MCP 如何连接客户端、服务器和 LLM。

核心组件 Link to heading

协议层 Link to heading

协议层负责消息封装、请求/响应关联以及高级通信模式。

以 Typescript 为例，MCP 协议层可以采用以下方式实现：

class Protocol<Request, Notification, Result> {
    // Handle incoming requests
    setRequestHandler<T>(schema: T, handler: (request: T, extra: RequestHandlerExtra) => Promise<Result>): void

    // Handle incoming notifications
    setNotificationHandler<T>(schema: T, handler: (notification: T) => Promise<void>): void

    // Send requests and await responses
    request<T>(request: Request, schema: T, options?: RequestOptions): Promise<T>

    // Send one-way notifications
    notification(notification: Notification): Promise<void>
}

关键类包括：

• Protocol
• Client
• Server

传输层 Link to heading

传输层负责客户端与服务器之间的实际通信。MCP 支持多种传输机制：

1. Stdio 传输

   • 使用标准输入/输出进行通信
   • 非常适合本地进程

2. HTTP with SSE 传输

   • 使用 Server-Sent Events 实现服务器向客户端的消息传递
   • 使用 HTTP POST 实现客户端向服务器的消息传递

所有传输方式均使用 JSON-RPC 2.0 交换消息。有关 Model Context Protocol 消息格式的详细信息，请参阅 MCP 规范文档。

消息 Link to heading

MCP 主要包含以下几种类型的消息：

1. Requests 向对方发送请求，等待对方的回应：

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

2. Results 针对请求的回应：

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

3. Errors 表示请求失败：

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

4. Notifications 一种单向信息，无需回复：

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

连接生命周期 Link to heading

1. 初始化 Link to heading

1. 客户端发送 initialize 请求，包含协议版本和功能特性
2. 服务器响应其协议版本和功能特性
3. 客户端发送 initialized 通知，表示确认
4. 正常消息交互开始

2. 消息交换 Link to heading

初始化完成后，支持以下模式：

• Request-Response：客户端或服务器一方发送请求，另一方进行响应
• Notifications：任何一方单向发送消息

3. 终止 Link to heading

任何一方都可以终止连接：

• 通过 close() 进行正常关闭
• 传输层断开连接
• 出现错误情况

错误处理 Link to heading

MCP 定义了以下标准错误代码：

enum ErrorCode {
  // Standard JSON-RPC error codes
  ParseError = -32700,
  InvalidRequest = -32600,
  MethodNotFound = -32601,
  InvalidParams = -32602,
  InternalError = -32603
}

SDK 和应用程序可以定义自己的错误码，范围在 -32000 以上。

错误通过以下方式传播：

• 请求的错误响应
• 传输层的错误事件
• 协议层的错误处理器

实现示例 Link to heading

这里有一个实现MCP服务器的简单 Typescript 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: {}
  }
});

// Handle requests
server.setRequestHandler(ListResourcesRequestSchema, async () => {
  return {
    resources: [
      {
        uri: "example://resource",
        name: "Example Resource"
      }
    ]
  };
});

// Connect transport
const transport = new StdioServerTransport();
await server.connect(transport);

对最佳实践的一些建议 Link to heading

对协议实现的一些建议 Link to heading

传输层模式选择 Link to heading

1. 本地通信

   • 使用 stdio 传输进行本地进程通信
   • 同机通信效率高
   • 进程管理简单

2. 远程通信

   • 需要 HTTP 兼容的场景使用 SSE
   • 考虑安全影响，包括认证和授权

消息处理 Link to heading

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
   • 实现超时机制

2. 进度报告

   • 长操作使用进度令牌
   • 分步报告进度
   • 知道总进度时包含在内

3. 错误管理

   • 使用合适的错误码
   • 提供有价值的错误信息
   • 错误时清理资源

对安全的一些建议 Link to heading

1. 传输安全

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

2. 消息验证

   • 验证所有传入消息
   • 消毒输入
   • 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
   • 限制请求频率

4. 错误处理

   • 不泄露敏感信息
   • 记录安全相关的错误
   • 实施正确清理
   • 处理拒绝服务攻击场景

对调试与监控的一些建议 Link to heading

1. 日志记录

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

2. 诊断

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

3. 测试

   • 测试不同传输方式
   • 验证错误处理
   • 检查边界情况
   • 对服务器进行压力测试